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GPS-RTK在GIS中的应用

时间:2012-11-29浏览:责任编辑:四川拓图测绘仪器

当今地理信息系统(GIS)在我国的各行各业得到迅速的发展,如:城市规划、土地管理、通讯设施管理、公用事业、交通、电力、环保、石油、林业等诸多行业或系统。在这些行业中,GIS 提供了空间数据的采集、存贮、管理、操作及统计汇总和报告以帮助决策。说到底,GIS 是通过地理空间数据的一系列操作来帮助人们更好地管好地理现实世界的。地理空间数据是GIS 的血液。采集信息以生成GIS 基础数据是一件艰巨且耗资巨大的工作,它已成为GIS 数据采集、维护、更新的瓶颈。全球定位系统(GPS)作为一种当前最先进的定位工具正迅速成为GIS 产业十分重要的数据采集工具。近几年来,GIS 型GPS 接收机用于采集地面上的位置数据及详细的属性信息正日益发展,尤其是电力、煤气、自来水、通讯等市政部门及森林、环保、农业等政府管理部门,在建立各自的专业化GIS 系统时越来越觉得利用GPS 采集GIS 数据是最经济、最迅速的手段。

GPS‐RTK 与GIS 数据采集

在测绘行业,目前国内GPS 技术主要应用于控制测量,在GIS 数据采集中的使用尚未普遍。究其原因,除了传统观念上的制约外,GPS 测量与GIS 数据采集在技术上还存在一些区别。根据GIS 数据的不同等级要求选取GPS 作业模式,GIS 的数据采集还包括属性数据的采集。

1、GPS 作业模式

GPS 采集GIS 数据时一定要让GPS 定位精度与GIS 制图精度相匹配。GIS 的制图精度指GIS 空间数据所对应的实际地物的位置精度。GIS 空间数据表示地物的详细程度,一般与GIS的比例尺及GIS 的设计应用要求相关。GPS 定位精度及定位模式多种多样,下表显示了匹配GIS 数据的GPS 处理模式。

注:图表认为GIS 数据库中的制图误差是它对应比例尺水平的0.5mm。此图仅作为指导,对于许多专门应用,需要遵循GIS 数据库所要求的精度。

综合考虑GIS 系统的数据量与作业效率,动态GPS 测量无疑是最适合的作业方式。动态GPS 测量一般包括3 种方式:①单机定位;②事后差分;③实时差分(RTD/RTK)。

①单机定位

单机定位对GPS 接收机的要求最低,从手持式导航型到双频大地测量型都可以实现。手持式导航型GPS 接收机的价格相对较低,操作简单,但定位精度较低,SA 关闭情况下,一般在20m 左右,通过点位平均能稍有提高。单机定位方式适用于对精度要求不高的国土资源、林业调查等应用。我们在2000 年国土资源部西部退耕还林还草调查工作中便采用了这种方式。

②事后差分定位

事后差分定位对GPS 接收机的要求是能输出伪距原始观测值,这一点目前我国测绘单位所拥有的测量型接收机都能满足。作业时要求至少有一个坐标已知的基准站,一个或多个流动站进行数据采集。内业对基准站、流动站数据进行联合处理,得到定位结果,根据我们的试验结果,其精度优于5m 甚至更好。这种方式的优点是对接收机的要求不高,精度能满
足1:5 万乃至1:2.5 万比例尺的要求,其缺点是野外作业时需要设置基准站,结果的实时性差。事后差分定位方式适用于对精度有一定的要求,使用一般的测量型接收机、实时性要求不是很高的应用。国家测绘局在全国1:5 万数据库交通层数据采集中就采用了这种方式。

③实时动态定位

实时差分(RTD)或实时动态(RTK)定位对接收机的要求相对较高:一方面需要接收机对RTD/RTK 功能的支持,另一方面需要额外的数据链设备。RTD 的精度与事后差分的精度相当,RTK 的精度可以达到厘米级。二者在作业时都需要基准站,最大优点在于实时性,可以在野外得到定位结果乃至成图;设备较贵、数据链对环境的要求是限制其应用的主要因素。RTD/RTK 适用于实时性要求较高或工期要求较紧的应用,其中RTK 更适用于大比例尺应用。RTK在GIS 数据采集中具有无比优越性。

2、GPS‐RTK 应用于属性数据采集

GPS 提供了准确而可靠的地理位置,而GIS 数据是带属性的空间数据。例如:GIS 采集一条道路就包括了该路的一系列点的空间坐标及该道路的属性信息—表明它为道路及相应信息(如路宽、等级等),GPS 只在外业采集到这条道路的一系列离散点的空间坐标。要想让这些点连成道路并知道其属性信息,必须在外业采集这些离散点时加以说明和描述。这就是数据字典的功能。不同的地物有不同的属性项,不同的属性项又有不同的存储显示方式,如道路的属性项有名称、类型、级别、铺设材料、路宽等,而桥梁的属性项包括名称、宽度、载重等。道路和桥梁在地图上分别采用不同的符号标示。一个好的外业采集软件不仅应该能够兼容不同地物的不同属性,而且应该站在简单实用的角度,方便用户调用和扩展。例如:LandTour 软件在GIS 数据采集中显示了明显优于其他品牌采集软件的优势。对数据分图层管理、灵活的属性编辑、专业化的图形显示,支持调用预先编辑好的数据模板等等。

当外业采集完GIS 的位置数据和属性数据以后,就要回到室内进行内业数据处理。获取的数据最终要加入到GIS 系统中,这就要求数据格式与平台数据库兼容,利于数据的存储和管理。

GPS‐RTK 应用于GIS 的案例分析

目前RTK 技术在GIS 数据采集中的应用主要有以下几个方面:GIS 空间基础数据的采集;地形数据的局部修测;公路数据的采集与更新;边界数据的采集与更新;周期性数据的采集;为GIS 提供实时定位信息等。下面阐述RTK 应用较多的公路测量放样和电力线勘测方面。

在公路数据采集与更新,有关公路尤其是高级公路的数据,包括公路横断面和纵断面以及中心线等数据。GPSRTK 技术非常适合于公路信息的采集工作。横断面测量一般每隔一定的间隔采集一个数据。公路纵断面数据信息的采集,一般沿公路的左边线、右边线和中心线连续地采集断面点的坐标信息,如果应用传统的采集方法,需沿着公路断面线每隔20m 采测一个点。与之相比,RTK 技术应用于GIS 采集的一个明显的优势是它能以更高的采样密度采集断面点的平面坐标和高程信息,并以GIS 数据的形式进行组织管理数据,从而可以获得更为逼真的公路断面图。

目前,亚米级的GIS 型GPS 接收机在电力巡检中的应用越来越多,但是,在电力勘测和施工测量中,对测量精度要求较高,RTK 厘米级GPS 接收机则发挥了很好的效果。地物点的标识是靠点名来区分的。命名规则本身复杂,而且不同的内业处理软件命名标准不一致,无疑给外业采集和内业数据编辑处理带来了很多繁琐的工作。GIS 对点、线、面的分层存储和显示方式、属性数据记录方式,可以用来方便地进行电力数据采集,GIS 数据格式的多样性可以灵活地转换为内业平台需要的各种格式。

GPSRTK 提供了一种极为重要的实时、动态、精确获取空间数据的方法,是GIS 的重要数据源,GPS 大大地拓展了GIS 的应用领域和应用方式。随着数据传输设备性能和可靠性的不断完善和提高,虚拟参考站等RTK 关键技术的发展、数据处理软件功能的增强,GIS 对空间数据存储、显示和处理、应用的优势,将会被越来越多的领域所采纳。

信息标题:GPS-RTK在GIS中的应用

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