有關(guān)ＧＰＳ　ＲＴＫ技術(shù)在地形測(cè)量中的步驟及應(yīng)用探討

陳遠(yuǎn)帆　蔡柳陽(yáng)　陳　斌

摘要：地形測(cè)量首先離不開(kāi)控制測(cè)量。在城市和區(qū)域地形測(cè)量中，GPS實(shí)際上已成為建立平面控制網(wǎng)的一種標(biāo)準(zhǔn)手段。隨著差分GPS定位技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。本文介紹了GPS RTK技術(shù)在地形測(cè)量中的步驟及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPSRTK地形測(cè)量應(yīng)用

1 CPS系統(tǒng)和測(cè)量方法介紹

1.1 GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分；GPS衛(wèi)星星座和地面控制部分。地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶(hù)設(shè)備部分。GPS信號(hào)接收機(jī)。

1.1.1 GPS系統(tǒng)的空間部分由21顆衛(wèi)星組成，均勻分布在6個(gè)軌道面上，衛(wèi)星上安裝了精度很高的原子鐘，其系統(tǒng)信息能在全球范圍內(nèi)向任意多用戶(hù)提供高精度的、全天候的、連續(xù)的、實(shí)時(shí)的三維測(cè)速、三維定位和授時(shí)。

1.1.2 在地形測(cè)量中主要是用靜態(tài)測(cè)量來(lái)完成控制測(cè)量，用RTK來(lái)完成碎部測(cè)量工作記錄點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)。

1.1.3 GPSRTK可以不布設(shè)各級(jí)控制點(diǎn)，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準(zhǔn)控制點(diǎn)，便可以高精度并快速地測(cè)定界址點(diǎn)、地形點(diǎn)、地物點(diǎn)的坐標(biāo)，利用測(cè)圖軟件可以在野外一次測(cè)繪成電子地圖，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)和繪圖儀、打印機(jī)輸出各種比例尺的圖件。

1.1.4 GPSRTK定位的概念：基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)地將測(cè)量的載波相位觀測(cè)值、偽距觀測(cè)值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)等用無(wú)線電傳送給運(yùn)動(dòng)中的流動(dòng)站，在流動(dòng)站通過(guò)無(wú)線電接收基準(zhǔn)站發(fā)射的信息，將載波相位觀測(cè)值實(shí)時(shí)進(jìn)行差分處理，得到基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的坐標(biāo)差△X、△Y、△Z;坐標(biāo)差加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)x、y和海拔高程h。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)作GPSRTK定位過(guò)程。GPSRTK定位技術(shù)主要用于地形測(cè)量和工程放樣。

1.1.5 GPSRTK數(shù)據(jù)處理是基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的單基線處理過(guò)程，采用基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的載波相位觀測(cè)值的差分組合載波相位，將動(dòng)態(tài)流動(dòng)站未知坐標(biāo)作為隨機(jī)的未知參數(shù)，載波相位的整周模糊度作為非隨機(jī)未知參數(shù)解算。

下面介紹一下GPS布網(wǎng)和基線測(cè)量的相關(guān)情況。

1.2 準(zhǔn)備工作 測(cè)量前必須要實(shí)地了解測(cè)區(qū)情況，如點(diǎn)位情況(點(diǎn)的位置，上點(diǎn)的難度等)交通狀況等，還需要了解衛(wèi)星狀況的預(yù)報(bào)評(píng)估障礙物對(duì)GPS觀測(cè)可能產(chǎn)生的不良影響。最后依據(jù)測(cè)點(diǎn)的衛(wèi)星狀況，測(cè)量作業(yè)的要求以及測(cè)區(qū)的實(shí)際情況確定出具體的布網(wǎng)和作業(yè)方案。

首先是完成點(diǎn)的選取和GPS網(wǎng)的布設(shè)，然后在此基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行靜態(tài)控制測(cè)量。在進(jìn)行GPS定位時(shí)，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中的位置是保持不變的。在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)不隨時(shí)間的改變而改變的量。其具體觀測(cè)模式多臺(tái)接收機(jī)在不同的測(cè)站上進(jìn)行靜止同步觀測(cè)，時(shí)間由幾分鐘，幾小時(shí)，甚至數(shù)十小時(shí)不等。接收機(jī)測(cè)得衛(wèi)星發(fā)送的偽距，載波相位等信號(hào)的觀測(cè)值，再將觀測(cè)值下載到計(jì)算機(jī)中處理，一般要通過(guò)基線處理，網(wǎng)平差，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和高程轉(zhuǎn)換求出高精度網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)。在測(cè)量中，靜態(tài)定位測(cè)量方式一般用于高精度測(cè)量定位，如主要用于各種等級(jí)的大地測(cè)量跟蹤網(wǎng)、基準(zhǔn)網(wǎng)、工程控制網(wǎng)，變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)等的測(cè)量。

1.3 布網(wǎng)

1.3.1 GPS基線向量網(wǎng)的等級(jí)：依據(jù)國(guó)家測(cè)量規(guī)范、各行業(yè)測(cè)量規(guī)范、任務(wù)要求來(lái)定等級(jí)。根據(jù)我國(guó)1992年所頒布的全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范，GPS基線向量網(wǎng)被分成了A，B，C，D，E5個(gè)級(jí)別。

1.3.2 GPS布網(wǎng)方案主要取決于工程的具體要求、經(jīng)費(fèi)、時(shí)間、人力消耗及接收機(jī)的數(shù)量和后勤保障條件等，在確定布網(wǎng)方案時(shí)，應(yīng)在滿(mǎn)足精度要求的前提下，盡可能降低消耗。GPS網(wǎng)一般采用較多的異步閉合環(huán)，這就要求接收機(jī)多次重復(fù)設(shè)站，但受交通工具和通訊手段的限制，往往會(huì)給實(shí)際操作帶來(lái)很大困難。而且，GPS網(wǎng)中的異步環(huán)對(duì)提高網(wǎng)平差精度起不到?jīng)Q定性作用，僅能起到多余觀測(cè)的作用，是剔除粗差的有效手段，但施測(cè)中每增加一個(gè)環(huán)就會(huì)增加一次重復(fù)設(shè)站，就會(huì)消耗大量的時(shí)間和人力，由于起始點(diǎn)對(duì)網(wǎng)平差影響較大，所以在GPS布網(wǎng)時(shí)盡量使起始點(diǎn)間形成異步環(huán)，其它各點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況而定，不必一定在異步環(huán)中，以節(jié)省時(shí)間和人力，提高外業(yè)工作效率。

1.3.3 GPS基線向量的布網(wǎng)形式。網(wǎng)常用的布網(wǎng)形式有以下幾種:跟蹤站式、會(huì)戰(zhàn)式、多基準(zhǔn)站式(樞紐點(diǎn)式)、同步圖形擴(kuò)展式，單基準(zhǔn)站式。

1.4 外業(yè)觀測(cè) 完成了GPS點(diǎn)的選取和網(wǎng)的設(shè)計(jì)，就可以開(kāi)始進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)和數(shù)據(jù)的采集。具體方法和過(guò)程本文不再贅述。

1.5 數(shù)據(jù)處理 采集的數(shù)據(jù)均由徠卡公司提供的與徠卡1200配套的LGO(Leica Geo Office)處理軟件來(lái)處理。由于LGO是一個(gè)自動(dòng)化很強(qiáng)的處理軟件，因此用它處理時(shí)人工干預(yù)很少。對(duì)于某些點(diǎn)位的衛(wèi)星不多，遮擋過(guò)多衛(wèi)星信號(hào)時(shí)常出現(xiàn)短線情況，這種情況下在做網(wǎng)平差，基線處理時(shí)必須稍加干預(yù)。在處理這種情況時(shí)要注意分析基線的雙差殘差，觀察是哪顆衛(wèi)星何時(shí)的數(shù)據(jù)超出了誤差的限值，如果某個(gè)衛(wèi)星某個(gè)時(shí)段的雙差殘差較大，則要在點(diǎn)的衛(wèi)星窗口里面去除這顆衛(wèi)星或者是這顆衛(wèi)星的某個(gè)時(shí)段，然后再進(jìn)行處理，如此反復(fù)達(dá)到要求為止。

2 總結(jié)與展望

GPS技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的結(jié)晶。它是衛(wèi)星技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和天文觀測(cè)技術(shù)等高科技尖端技術(shù)的綜合產(chǎn)物。GPS技術(shù)的出現(xiàn)，給測(cè)繪事業(yè)帶來(lái)了廣闊的前景。近幾年來(lái)，GPS技術(shù)已為測(cè)繪工作者所熟悉。GPS的基本功能是定位、導(dǎo)航和測(cè)量，應(yīng)充分地利用其基本功能為測(cè)繪科技服務(wù)。

目前，GPS技術(shù)已得到廣泛地應(yīng)用，如大地測(cè)量、地球動(dòng)力監(jiān)測(cè)、地球物理勘探、資源勘察、航空與衛(wèi)星遙感、攝影測(cè)量、精密工程測(cè)量、工程變形監(jiān)測(cè)、地籍測(cè)量、地理信息系統(tǒng)、海洋測(cè)繪、水上定位和導(dǎo)航等。

2.1 GPS與常規(guī)地形測(cè)量比較其特點(diǎn)

2.1.1 測(cè)量范圍廣。邊長(zhǎng)測(cè)程可從幾km至上千km，可按需布設(shè)控制網(wǎng)，簡(jiǎn)化加密級(jí)別，省去聯(lián)測(cè)過(guò)渡點(diǎn)。

2.1.2 測(cè)量精度高?，F(xiàn)今，生產(chǎn)性作業(yè)精度可達(dá)1～210-6mm，國(guó)外可達(dá)零點(diǎn)幾10-6mm，可建立比常規(guī)測(cè)量精度更高的控制網(wǎng)。

2.1.3 各個(gè)聯(lián)測(cè)點(diǎn)之間不要求通視，不必建造高規(guī)標(biāo)。

2.1.4 觀測(cè)自動(dòng)化程度高。外業(yè)用電鈕操作，內(nèi)業(yè)用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，作業(yè)時(shí)間短，效率高。

2.1.5 測(cè)量成果可得三維地心坐標(biāo)，優(yōu)于常規(guī)測(cè)量的平面坐標(biāo)和高程系統(tǒng)分離狀況，有利于宇航科學(xué)、導(dǎo)彈發(fā)射等空間科學(xué)的應(yīng)用。

2.1.6 星座布置完成后，可24h觀測(cè)，在雨、霧、雪等條件下亦可全天候作業(yè)。

2.2 目前GPS技術(shù)在測(cè)量中存在的問(wèn)題

2.2.1 GPS測(cè)量時(shí)至少接收4顆未受干擾的衛(wèi)星信號(hào)。這些信號(hào)沿直線傳播到接收機(jī)的天線，中途不能穿過(guò)水、土、墻或任何其它障礙物，這就限制了GPS的應(yīng)用領(lǐng)域。因而，GPS不能用于潛艇導(dǎo)航，不能進(jìn)行地下定位和測(cè)量。

2.2.2 地面定位時(shí)，信號(hào)可能被樹(shù)木、建筑物和橋梁遮擋。因而，在摩天高層建筑的城區(qū)街道中，可能接收不到衛(wèi)星信號(hào)。同樣，船和飛機(jī)本身也可能暫時(shí)阻擋衛(wèi)星信號(hào)的接收，從而影響導(dǎo)航定位。

2.2.3 GPS測(cè)量時(shí)，存在著大量影響精度的因素，主要有：GPS星座的幾何構(gòu)形(幾何圖形因子)的影響；衛(wèi)星軌道誤差；衛(wèi)星和接收機(jī)的時(shí)鐘誤差；AS與SA措施的影響；電離層折射和對(duì)流層折射的影響；信號(hào)多路效應(yīng)和天線相位中心穩(wěn)定性；接收機(jī)噪音和信號(hào)清晰度誤差以及觀測(cè)誤差等。