GPS測量運(yùn)用方法探討

劉家才

摘要:GPS測量作為先進(jìn)的測繪技術(shù),以其精度高、速度快、操作簡便,在測量生產(chǎn)中發(fā)揮著日益廣泛和重要的作用。文章結(jié)合南方GPS靈銳S82的觀測實(shí)踐,就GPS控制測量、放線和測圖進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞:GPS測量

1 引言

GPS(The Global Position System)測量作為先進(jìn)的測繪技術(shù),在眾多測量生產(chǎn)中發(fā)揮著日益廣泛和重要的作用。GPS測量具有精度高、速度快、全天候、操作簡便的優(yōu)點(diǎn),大大提高了測繪工作效率,新一代測量型GPS接收機(jī)可具備跟蹤多種衛(wèi)星信號的能力,在惡劣的接受環(huán)境下,能接收俄羅斯的GLONASS信號,其觀測數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)相結(jié)合,為定位解算提供更多的衛(wèi)星信息,增強(qiáng)了定位時衛(wèi)星空間分布的數(shù)量及圖形結(jié)構(gòu),提高定位的可靠性。

2 GPS控制網(wǎng)的布設(shè)及外業(yè)觀測

2.1 GPS控制網(wǎng)的布設(shè)要求

2.1.1 GPS控制網(wǎng)中作為起算點(diǎn)的高級控制點(diǎn)不得少于2個,宜用第3個已知點(diǎn)作校核,并應(yīng)均勻分布,使之與待定點(diǎn)構(gòu)成閉合環(huán)。

2.1.2 GPS控制網(wǎng)宜在測區(qū)內(nèi)布設(shè)成由獨(dú)立基線構(gòu)成的多邊網(wǎng)或附合路線。GPS基線構(gòu)成的最簡獨(dú)立閉合環(huán)或附合路線的邊數(shù),一級網(wǎng)不應(yīng)多于8條,其余等級網(wǎng)不應(yīng)多于10條。沒有包括在最簡閉合環(huán)或附合路線中的觀測基線,應(yīng)進(jìn)行重復(fù)觀測。

2.1.3 當(dāng)用GPS-RTK方法加密圖根點(diǎn)時,應(yīng)先在已知點(diǎn)上進(jìn)行精度測試對比,在每個加密點(diǎn)上的觀測時間不得少于5s,其定位精度應(yīng)符合圖根網(wǎng)的精度要求,且不能再用于發(fā)展控制點(diǎn)。

2.2 GPS控制網(wǎng)的布設(shè)形式

GPS控制網(wǎng)的布設(shè)方法和形式包括點(diǎn)連式、邊連式、網(wǎng)連式。其中在精度要求不太高的情況下布設(shè)點(diǎn)、邊混連式GPS網(wǎng),在某些精度要求較高的情況下布設(shè)成邊、網(wǎng)連式GPS網(wǎng)。不同的布設(shè)方法其特點(diǎn)也各不相同。

2.2.1 點(diǎn)連式GPS網(wǎng)。若相鄰?fù)江h(huán)之間僅有一個公共點(diǎn)相連接成GPS網(wǎng),則稱之為點(diǎn)連式GPS網(wǎng)。以這種方式構(gòu)成的GPS網(wǎng),沒有異步閉合環(huán),網(wǎng)機(jī)構(gòu)的幾何強(qiáng)度較差,發(fā)現(xiàn)粗差的能力較差。但它具有最少的觀測時段數(shù),工作量也較小,獲得的成果快。若對控制點(diǎn)的精度要求不太高,觀測時選取有利觀測時間,一、二級網(wǎng)、圖根點(diǎn)可采用點(diǎn)連式布網(wǎng)方式。

2.2.2 邊連式GPS網(wǎng)。邊連式的GPS網(wǎng)是指同步圖形之間要一條公共基線相連接。以這種方式布點(diǎn)所構(gòu)成的GPS網(wǎng)具有大量的實(shí)測基線,可以構(gòu)成較多的異步閉合環(huán)。檢查各種閉合差的大小,可以判別觀測中是否存在粗差,因此,這樣的網(wǎng)具有較高的可靠性。但是,就相同臺數(shù)的接收機(jī)而言,觀測時段將比點(diǎn)連式GPS網(wǎng)增加許多,且隨網(wǎng)中的點(diǎn)數(shù)增加,時段數(shù)也大幅增多,作業(yè)觀測量較大。由于邊連式GPS網(wǎng)有較好的幾何強(qiáng)度和較高的可靠性,在精度要求較高時,如四等網(wǎng)可采用這種方式。

2.2.3 點(diǎn)邊混連式GPS網(wǎng)。點(diǎn)邊混連式GPS網(wǎng),是指在布設(shè)網(wǎng)時把點(diǎn)連式與邊連式有機(jī)的結(jié)合起來,構(gòu)成混連式GPS網(wǎng)。這種布設(shè)方式有一定多余觀測基線數(shù),使圖形呈封閉狀,保證了網(wǎng)結(jié)構(gòu)的幾何強(qiáng)度,提高了GPS網(wǎng)的可靠性。同時,外業(yè)觀測量又比邊連式GPS網(wǎng)有了較大的減少,在普通工程控制網(wǎng)可采用此布網(wǎng)方式。

2.3 GPS控制網(wǎng)的觀測

GPS控制網(wǎng)的外業(yè)觀測采用靜態(tài)和快速靜態(tài)兩種模式,建立四等以上的工程控制網(wǎng)時,需采用靜態(tài)定位,一、二級采用快速靜態(tài)模式定位。靜態(tài)模式觀測需要投入3臺以上GPS接受機(jī),其中2臺安置在已知高等級控制點(diǎn)上,1臺安置在待測控制點(diǎn)上,安置儀器用腳架固定,準(zhǔn)確對點(diǎn)后同時開機(jī),并設(shè)置成靜態(tài)模式,觀測40～45分鐘即完成一個點(diǎn)的定位。接下來始終保持2臺接收機(jī)固定不動,其中1臺關(guān)機(jī)并移動到下一個點(diǎn)安置,開機(jī)后繼續(xù)觀測,以此類推,每次觀測時間都應(yīng)達(dá)到40～45分鐘。當(dāng)然,如果有4臺接收機(jī),就可以同時移動2臺,一次完成2個控制點(diǎn)的觀測。

3 GPS放樣的基本方法

3.1 GPS放樣的基本方法

先把放樣坐標(biāo)以GPS所識別的格式導(dǎo)入電子手薄,并認(rèn)真檢查;在放線之前對GPS儀器進(jìn)行校正,如南方GPS靈銳S82,分為基站和移動站,基站每移動一次都要進(jìn)行單點(diǎn)校正,最后在對其相應(yīng)的數(shù)據(jù)放線。

3.2 提高效率和精度的做法

影響放線速度和精度的地面因素可能是基站附近有高大建筑物、高大密林、高壓線、高功率信號塔等,在GPS測量中,提高效率和精度最為簡單做法就是把基站架于地勢高、視野開闊有良好覆蓋區(qū)域地方,移動站盡可能保持對中桿垂直。

4 GPS-RTK測圖方法

4.1 GPS-RTK測圖基本方法

GPS-RTK方法測圖操作簡便、作業(yè)速度快、定位靈活,可在不通視的條件下遠(yuǎn)距離快速測量定位,而且需要的測量人員少,能夠極大的提高工作效率。GPS-RTK測圖的作業(yè)流程:在已知點(diǎn)上安裝好基準(zhǔn)站并校好流動站,流動站GPS接收機(jī)安裝在對中桿上,開啟基準(zhǔn)站,發(fā)射RTK信號,然后打開GPS流動站,在已知控制點(diǎn)上作對比測量,對比測量準(zhǔn)確無誤后,直接到地形特征點(diǎn)進(jìn)行測量作業(yè)。在采集碎部點(diǎn)坐標(biāo)時,要實(shí)地畫地形草圖,并記錄觀測點(diǎn)號。內(nèi)業(yè)作業(yè)時,把觀測坐標(biāo)的數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為數(shù)字成圖軟件所需求的坐標(biāo)文件格式輸入計算機(jī),結(jié)合野外現(xiàn)場所繪的草圖,進(jìn)行測點(diǎn)連線,最終形成電子圖。根據(jù)三年來的使用和對比,GPS-RTK的平面和高程精度在使用環(huán)境好的地方,精度是能滿足測圖要求的。

4.2 GPS-RTK測圖與常規(guī)儀器測圖比較

GPS-RTK方法測圖具有明顯的優(yōu)勢,是測繪外業(yè)作業(yè)的理想選擇。而常規(guī)儀器測圖主要是人員配備多,數(shù)據(jù)采集受點(diǎn)間通視限制,搬站次數(shù)多,工作效率難以提高。例如采用全站儀測記法施測時,作業(yè)人員一般需要3人,觀測員1人,領(lǐng)尺員1人,跑尺員1人。領(lǐng)尺員熟練計算機(jī)繪圖,是核心成員,負(fù)責(zé)野外畫草圖和內(nèi)業(yè)成圖。測圖過程中,測站與測點(diǎn)作業(yè)人員必須保持聯(lián)絡(luò),使測站人員輸入全站儀的點(diǎn)號、屬性、鏡高與測點(diǎn)一致,與繪草圖的標(biāo)注一致。一個測站觀測的范圍相對較小,如果測站與測點(diǎn)不通視,又要搬站,多次搬站會帶來測量累計誤差。

GPS-RTK方法測圖的優(yōu)點(diǎn):例如南方GPS靈銳S82,只要1人作業(yè),在地物、地貌等碎部點(diǎn)停留一二秒鐘,輸入地形特征編碼,就可以現(xiàn)場通過電子手簿編繪、檢查地形圖,經(jīng)過專門的成圖軟件對野外數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,就可以輸出所需要的地形圖。同時GPS-RTK方法測量精度高,數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng),沒有誤差積累,只要滿足GPS的正常工作要求,保持合理的作業(yè)半徑范圍,測圖精度可以達(dá)到厘米級。

5 GPS在測量工作中的問題與探討

GPS測量以其靈活、實(shí)時和高效率的作業(yè)特點(diǎn),在控制測量、地形測量、地籍測、工程放樣等各種測繪中得到應(yīng)用,但是,在野外作業(yè)時也會遇到一些問題,適時處理出現(xiàn)的問題,才能保障工作正常進(jìn)行。①衛(wèi)星空間分布問題,衛(wèi)星系統(tǒng)分布位置有些時段處于地平線附近,高度角小,不能形成很好的覆蓋,不僅影響觀測精度,作業(yè)等待時間也長。提高查閱衛(wèi)星分布圖,選擇最佳作業(yè)時間,特別應(yīng)錯開正午時段。②數(shù)據(jù)鏈傳輸問題,在實(shí)際測區(qū)內(nèi)不可避免會有高大樹木和建筑等障礙物,這時采集的數(shù)據(jù)將會出現(xiàn)很大誤差,解決信號障礙問題的辦法是盡量把基準(zhǔn)站設(shè)置在測區(qū)中央的最高處。局部隱蔽地段采用全站儀器配合作業(yè)。③其它問題,如GPS測量精度和穩(wěn)定性問題,受到儀器品牌、數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)、操作是否嚴(yán)格規(guī)范等影響,有時還受AS(反電子欺騙政策)干擾。因此在前期控制網(wǎng)測量時適當(dāng)多布設(shè)控制點(diǎn),適時進(jìn)行校核,評價測量精度。

參考文獻(xiàn)

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