浅析GPS在地形测量中的应用

分类：建筑工程论文发表 时间：2012-08-27 10:22关注：(1)

　　摘要：GPS技术的出现，对测绘界来说无疑是一场技术革命。特别是GPS技术在测量中的应用，使测量方法发生了质的变化，与常规经纬仪或全站仪采集设备相比，GPS技术具有全天候实时动态。测量效率高和厘米级的高平面精度等优点。

　　关键词：GPS 地形测量 应用

　　Abstract: The GPS technology is undoubtedly a revolution for mapping field, especially applying it in the measurement, bring a qualitative change to measurement method. Compared with the conventional theodolite and tachometer acquisition device, GPS technology is of all-weather real-time dynamic, high efficiency of measurement and cm high plane precision level, etc.

　　Key words: GPS; topography measurement; application

　　中图分类号：P25 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2012)

　　一、地形测量、GPS技术的涵义

　　地形测量(topographic survey)指的是测绘地形图的作业。即对地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程进行测定，并按一定比例缩小，用符号和注记绘制成地形图的工作。地形图的测绘基本上采用航空摄影测量方法，利用航空像片主要在室内测图。但面积较小的或者工程建设需要的地形图，采用平板仪测量方法，在野外进行测图。 广义上，地形测量是为城市、矿区以及各种工程提供不同比例尺的地形图，以满足城镇规划、矿山开采设计以及各种经济建设的需要。

　　GPS(Global Positioning System)即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统的测绘工具。 GPS定位技术与常规地面测量定位相比，具有抗干扰性能好、保密性强，观测时间短，执行操作简便，功能多、应用广，高精度、全天候、全覆盖的特点。

　　RTK(Real Time Kinematic)技术又称载波相位差分技术，是实时处理2个测站载波相位观测量的差分方法。载波相位差分方法分为两类，一类是修正法，另一类是差分法。所谓修正法，即将基准站的载波相位修正值发送给用户，改正用户接收到的载波相位，再解求坐标。所谓差分法，是将基准站采集的载波相位发送给用户，进行求差解算坐标。

　　二、GPS技术及RTK作用

　　(一)GPS技术

　　GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，测量用户还应有卫星接收设备。

　　1、空间卫星群：GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的GPS卫星群组成，均匀分布在6个轨道面上，各平面之间交角为 60o，轨道和地球、赤道的倾角为 55o，卫星的轨道运行周期为1 1小时58分，可以保证在任何时间、任何地点地平线以上接收4到11颗GPS卫星发送出的信号。

　　2、GPS卫星接收设备：由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪等组成，其作用是接收 GPS卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。

　　3、GPS地面控制系统：GPS地面监控系统包括1个主控站、3个注入站和5个监测站。主控站的作用是根据各监控站对 GPS的观测数据计算卫星的星历和卫星中的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去。同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等;监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态;注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。

　　(二)RTK的作用

　　RTK技术也同样受到基准站至用户距离的限制。为解决此问题，发展成局部区域差分和广域差分定位技术。

　　应用 RTK技术进行定位时，要求基准站接收机实时地把观测数据及已知数据实时传输给流动站 GPS接收机，流动站快速求解整周模糊度 ，在观测到4颗卫星后，可以实时地求解出厘米级的流动站动态位置。这比起GPS静态、快速静态定位需要事后处理来说，其定位效率会大大提高。故RTK技术的出现和在测量中的应用受到人们的重视和青睐。

　　地形测图一般是首先根据控制点加密图根控制点， 然后在图根控制点上用经纬仪测图法或平板仪测图法测绘地形图。近几年发展到用全站仪和电子手簿采用地物编码的方法，利用测图软件测绘地形图。但都要求测站点与被测的周围地物地貌等碎部点之问的通视，而且至少要求 2～3人操作。采用 RTK技术进行测图时，仅需1人背着仪器在要测的碎部点上呆上 1～2秒钟并同时输入特征编码，通过电子手簿或便携微机记录，在点位精度合乎要求的情况下，把1个区域内的地形地物点位测定后回到室内或野外，由专业测图软件可以输出所要求的地形图。

　　三、测量中动态和静态

　　GPS测量分为动态和静态，动态GPS测量主要应用于矿山和公路的放样及碎部点的采集;而静态 GPS测量主要应用于工程建设的控制阶段。

　　由于GPS测量技术要求高，作业周期短，并且要求有几台接收入机同时作业，因此要保证作业的高精度必须在作业前有周密的计划，如在GPS测量观测计划中，每点观测次数尽量保证在2次以上，临近点基本都用直接观测基线向量相连，网的边缘点尽量与内部点同步观测;外业观测时段、观测时间的选取及观测数据必须每天传输存盘等。

　　基线解算及工作质量评定直接影响到 GPS网的精度，应认真做好当天的基线解算工作及闭合差和复测基线较差的统计工作，正确筛选合格基线。对于不合格基线要及时采取措施解决或重新测量，这对保证观测精度，提高工作效率是至关重要的。

　　应用GPS定位技术建立平面控制网，不仅具有精度高、工期短和费用省的优点，而且由于 GPS测量本身的特点，网形构造简单，点的疏密和边长的长短都可适当选取，这样在建立城市控制网时，即使离国家三角点较远，仍可进行连接，并进行控制网的定位和定向。另外，还可以解决常规测量中点位之间无法通视的困难，选点灵活，不需要高标，同时还可解决外业施测受天气影响的困难。因此，应用 GPS技术建立平面控制网的方法值得推广。

　　四、数字化地形测量的组织

　　数字化地形测量是工程施工与规划的基础，同时由于数字化地形测量需要较高的准确性和精确性，因而需要良好的组织。具体来说主要包括：

　　(一)测量方案

　　数字化地形测量项目的作业方案根据仪器设备条件确定，仪器设备条件不同，作业方案变化各异，一般可选用静态GPS网作基本控制，导线!动态作加密控制，支导线补充测站点，全站仪!动态碎部数据采集，进而计算机软件机助成图的作业方案。一定条件下，大比例尺数字化地形测量可以一次性全面布网至测站点，并且可以直接先测图而不受先控制后测图逐级加密等测量原则的约束。

　　(二)测量工序

　　地形测量的工序主要分为两个环节：一是控制测量与计算机辅助平差计算;二是碎部数据采集与软件编图成图。两个环节间以数据传输为纽带，即可平行施工又可顺序施工，与传统地形测量相比，减少了大量的中间生产环节。

　　(三)测量方法

　　在生产工序上，数字化地形测量不一定要遵守先控制、后测图的原则，控制测量、碎部测图可以同时进行，甚至可以是先测图后控制，只是后者需将碎部成图以控制点为基准借助成图软件进行测站纠正。在控制点点之记的制作上，数字化地形测量不一定要将其作为一个专门工作来进行，可依据最终成图编绘点之记“碎部测图在数字化地形测量中只是一个数据采集的过程成图大量的工作已从外业转移到了内业，目前，碎部成图作业方法较多，因人而异。

　　五、GPS技术在数字化地形测量相关技术中的应用

　　(一)测量范围广。GPS技术由于由高策低，测量范围可以很大。可按需布设控制网，简化加密级别，省去联测过渡点。

　　(二)测量精度高。随着GPS技术的日益成熟和快速发展，现今，生产性作业精度可达1~Z10-6mm，国外可达零点几10-6mm，可建立比常规测量精度更高的控制网。

　　(三)各个联测点之间不要求通视，不必建造高规标。

　　(四)观测自动化程度高。外业用电纽操作，内业用计算机处理数据，作业时间短，效率高。

　　测量成果可得三维地心坐标，优于常规测量的平面坐标和高程系统分离状况，有利于宇航科学、导弹发射等空间科学的应用。星座布置完成后，可24h观测，在雨、雾、雪等条件下亦可全天候作业。

　　六、总结

　　总之，GPS技术是现代科学技术的结晶，它是卫星技术、微电子技术、计算机技术和天文观测技术等高科技尖端技术的综合产物，GPS技术的出现与不断完善将会进一步推进地形测量技术的改进，完善和丰富地形测量方法。