ＧＰＳ技術在現(xiàn)代化測量中的應用

韓艷榮

摘 要：探討了GPS技術在城市控制測量、地形測量、地籍房產(chǎn)測量、變形監(jiān)測等方面的應用。

關鍵詞：GPS；應用；控制測量；地形測量；地籍測量；房產(chǎn)測量；變形監(jiān)測

GPS性能好，精度高，是迄今最好的導航定位系統(tǒng)。GPS技術應用于測量有測點間無通視要求、選點方便、可大量減少建造高標節(jié)省造標費用、可全天觀測、觀測時間短、數(shù)據(jù)處理速度快、成果精度高等優(yōu)點，其全面建成和發(fā)展，將導致測繪行業(yè)一場深刻的技術革命。

GPS可用來建立高精度大地控制點和工程控制點。GPS使用L波段，配有兩個載頻：L1的中心頻率為1575.42 MHz，L2的中心頻率為1 227.6MHz。接收機有許多種類，按所要求的精度可分為單頻粗碼接收機和雙頻精碼接收機，使用粗碼接收機的實時定位精度在25m左右，精碼接收機的實時定位精度優(yōu)于10m，使用相位接收機，經(jīng)數(shù)據(jù)處理的相對定位（基線的三維測定）精度可達百萬分之一左右，基線長度可以從幾公里到1000km，典型的15km基線的3個坐標差可達厘米級，所用測量時間最多為幾個小時[1]。

1在城市測量中的應用

隨城市化進程的加快，城市測量有了很大發(fā)展，城市測量成果、成圖是城市規(guī)劃、建設管理必需的重要基礎資料，而大地測量是其他測繪工作的基礎，大地測量為測制各種地形圖和為工程建設提供高等級控制點，同時還為地球物理學等提供精確的基礎資料。結(jié)合各城市控制測量（或大地測量）的實際，采用GPS技術進行城市控制網(wǎng)的建立、擴建有著重要意義。

作業(yè)技術依據(jù)《全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范》（GB/T18314-2001）和技術設計書要求。根據(jù)衛(wèi)星通過該地區(qū)時間，制定作業(yè)計劃，選擇最佳衛(wèi)星組，為了安全盡量白天作業(yè)，每天觀測兩個時段，觀測時至少有6顆衛(wèi)星可跟蹤，PDOP≤6(Position Dilution of Precision位置精度強弱度)，每點至少設站兩次，時長控制在30～60 分鐘，采用邊連式擴展增加多余觀測量[2]。

外業(yè)基線預處理及成果取舍野外作業(yè)攜帶便攜式微機1臺，對每天觀測數(shù)據(jù)及時進行基線預處理，凡復測基線、閉合環(huán)超限或整周模糊度無解的都進行重測。

原因有以下幾個方面：1）儀器不穩(wěn)定，可能與氣象條件有關，有一臺接收機經(jīng)修理后使用第1天凡與該儀器有關基線全面不能用，繼續(xù)作業(yè)有改善；2）溫度過高影響成果精度，如某地溫度達36～38℃時成果不能取用，調(diào)整觀測時間后可解決；3）雷雨閃電過后，發(fā)生停機現(xiàn)象多次；4）天線高丈量不準確影響基線長度。

通過幾個城市對成果的應用和與舊坐標比較，GPS定位技術用于城市控制網(wǎng)和工程網(wǎng)，具有精度高、速度快、效率高、成本低、成果精度均勻可靠的優(yōu)點。

2在地形、地籍及房地產(chǎn)測量中的應用

地形測圖為城市、礦區(qū)以及為各種工程提供不同比例尺的地形圖，以滿足城鎮(zhèn)規(guī)劃和各種經(jīng)濟建設的需要。地籍及房地產(chǎn)測量是精確測定土地權屬界址點的位置，同時測繪供土地和房產(chǎn)管理部門使用的大比例尺的地籍平面圖和房產(chǎn)圖，并量算土地和房屋面積。

GPS出現(xiàn)，可以高精度并快速測定各級控制點的坐標。特別是應用RTK（Real Time Kinematic實時動態(tài)測量）新技術，甚至可以不布設各級控制點，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準控制點，便可以高精度并快速地測定界址點、地形點、地物點的坐標，利用測圖軟件可在野外一次測繪成電子地圖，然后通過計算機和繪圖儀、打印機輸出各種比例尺的圖件[3]。

應用RTK技術進行定位時要求基準站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)（如偽距或相位觀測值）及已知數(shù)據(jù)（如基準站點坐標）實時傳輸給流動站GPS接收機，流動站快速求解整周模糊度，在觀測到6顆衛(wèi)星（至少4顆）后，可實時求解出厘米級的流動站動態(tài)位置。這比GPS靜態(tài)、快速靜態(tài)定位需要事后進行處理來說，定位效率會大大提高。故RTK技術一出現(xiàn)，其在測量中的應用立刻受到重視。

2.1 RTK技術用于各種控制測量

常規(guī)控制測量如三角測量、導線測量，要求點間通視，費工費時，而且精度不均勻，外業(yè)中不知道測量成果的精度。GPS靜態(tài)、快速靜態(tài)相對定位測量無需點間通視，能高精度地進行各種控制測量，但數(shù)據(jù)處理費時，不能實時定位并知道定位精度，內(nèi)業(yè)處理后發(fā)現(xiàn)精度不合要求必須返工測量。而用RTK技術進行控制測量既能實時知道定位結(jié)果，又能實時知道定位精度，這樣可大大提高作業(yè)效率。應用RTK技術進行實時定位可以達到厘米級精度，因此，除了高精度的控制測量仍采用GPS靜態(tài)相對定位技術之外，地形測圖中的控制測量、地籍和房地產(chǎn)測量中的控制測量和界址點點位的測量都可采用RTK技術。

采用RTK技術測圖，僅需一人背著儀器在要測的碎部點上觀測上1、2秒鐘并同時輸入特征編碼，用電子手簿或便攜微機記錄，在點位精度合乎要求的情況下，把一個區(qū)域內(nèi)的地形地物點位測定后回到室內(nèi)或在野外，由專業(yè)測圖軟件可輸出所要求的地形圖。用RTK技術測定點位不要求點間通視，僅需一人操作，便可完成測圖工作，大大提高了測圖的工作效率。

2.2 RTK技術在地籍和房地產(chǎn)測量中的應用

地籍和房地產(chǎn)測量中應用RTK技術測定每一宗土地的權屬界址點以及測繪地籍與房地產(chǎn)圖， 同上述測繪地形圖一樣，能實時測定有關界址點及一些地物點的位置并能達到要求的厘米級精度。將GPS獲得的數(shù)據(jù)處理后直接錄入GPS，可及時地精確地獲得地籍和房地產(chǎn)圖。但在影響 GPS衛(wèi)星信號接收的遮蔽地帶，應使用全站儀、測距儀、經(jīng)緯儀等測量工具，采用解析法或圖解法進行細部測量。

3在工程變形監(jiān)測中的應用

GPS自20世紀80年代中葉投入民用后，已廣泛地在導航、定位等各領域應用，尤其在測量界的控制測量中起了劃時代的作用。正因為它在靜態(tài)相對定位中的高精度、高效益、全天候、不需通視，使人們普遍用來逐漸代替常規(guī)的三角、三邊、邊角等方法，并在理論、實踐中取得了可喜的成果。但在精密工程變形監(jiān)測中還少有應用，尚處于理論研究和實踐摸索之中。

3．1 基準設計

在工程變形監(jiān)測中，基準設計（包括位置基準和內(nèi)外部尺度基準設計）是一項關系到監(jiān)測成果是否可靠、準確地反映變形體的變形情況的工作，以常規(guī)的手段，對某一建（構）筑物進行變形監(jiān)測，由于儀器和其他諸多因素的制約，使得監(jiān)測網(wǎng)的基準點不能離開變形監(jiān)測區(qū)域太遠，而太近將又要受自身變形的影響，不能準確地反映變形數(shù)值，所以較困難。由于GPS技術的不斷完善，高精度的儀器的面世（1 +0.5×10-6 mm），解決這一問題就較容易了，完全可以將基準點選在變形區(qū)外，從而保證了數(shù)據(jù)的可信度。

3．2 圖形結(jié)構強度設計

圖形強度設計指變形點之間，變形點與基準點之間的幾何圖形配置，網(wǎng)中獨立基線數(shù)目和相互連接方式設計。首先，在圖形選擇過程中，必須顧及基準點對變形點的有效控制，同時基準點之間又要能相互檢校。其次，在模型識別和參數(shù)識別方面的設計將可保證真正的變形模型，和引起變形的真正因素，以便分析引起變形的真正因素和采取相應的對策。

參數(shù)識別的設計模型由上述可知，只要可區(qū)分度指標滿足要求，則靈敏度一定滿足要求，但最佳變形模型的參數(shù)常常還需要更為精確的估計。

3．3 觀測時段和周期的設計

針對觀測時段和周期，可以將工程及工程變形的性質(zhì)（如劇烈變化，連續(xù)較快變化，長時期的緩慢變化等）結(jié)合起來分析，做出有利用于實現(xiàn)分析成果和監(jiān)測意圖的最佳觀測周期，且可以結(jié)合目前天空的衛(wèi)星分布情況，衛(wèi)星的健康狀況，對于時段的長短、白天、黑夜、氣象等及外界因素的各種分析，得出最佳的觀測時段。

3．4 連續(xù)長時間觀測，分歷元數(shù)據(jù)處理—描述變形體位移（水平）的數(shù)據(jù)處理新方法

通常所進行的相對靜態(tài)定位方法是利用在某一時間段觀測（同步）的數(shù)據(jù)，利用差分等手段，求得點與點之間的坐標向量；而對于連續(xù)不斷的工程變形，獲得的是這一時間段內(nèi)，點位之間最成熟的關系值。但常常需要知道一較小時間里，甚至某一時刻的最成熟的點與點之間的關系，目前，比較常用的是：利用較長一段時間的同步觀測數(shù)據(jù)進行分歷元數(shù)據(jù)處理，求得該時刻最成熟的點與點之間關系的方法。

結(jié)語

我國的大專院校、科研部門正積極參與這一場高技術領域的研究，建立我國高精度GPS控制網(wǎng)，從事GPS定軌和精密定位的研究，這將使GPS技術在國民經(jīng)濟建設、國防建設和科學研究的各個領域中展示出應用的美好前景。

參考文獻

[1]劉大杰、施一民、過靜 ．全球定位系統(tǒng)（GPS）的原理與數(shù)據(jù)處理．上海：同濟大學出版社，1996.

[2]國家測繪總局主編．全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范（GB/T18314-2001）．北京：中國標準出版社，2001.

[3]中國有色金屬工業(yè)總公司主編．工程測量規(guī)范（GB50026-93）．北京：中國計劃出版社，2004.

[4]顧孝烈．城市與工程控制網(wǎng)設計．上海：同濟大學出版社，1992.