談數(shù)字化地形圖測量中GPS 技術(shù)的應(yīng)用

高化奎

深圳市藍天鶴測繪有限公司 廣東深圳 518031

摘要：近年來GPS系統(tǒng)的建立為工程測繪工作提供了一個嶄新的定位測量手段。GPS定位技術(shù)具有精度高、速度快、成本低的顯著優(yōu)點，廣泛在工程地形測量項目中應(yīng)用。本文就數(shù)字化地形圖測量中GPS 技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地形測量；GPS技術(shù)

前言

如今數(shù)字化地形測量在工程建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛，具有了極大地重要性，近年來相關(guān)測繪技術(shù)不斷發(fā)展并廣泛應(yīng)用于地形測量中，為地形測量的準確性和科學性提供了保障，現(xiàn)通過對GPS技術(shù)在數(shù)字化地形測量中的應(yīng)用進行研究分析，為數(shù)字化地形圖測量提供相關(guān)實踐理論參考。

1數(shù)字化地形測量概述

隨著測繪技術(shù)的飛速發(fā)展，GPS+全站儀+計算機的全數(shù)字化地形測量模式逐步成熟并基本普及，這種模式正在替代而且必將完全替代傳統(tǒng)的大平板儀地形測量，成為地形測量的主流模式；另一方面，地形測量模式的更新又將對測繪單位儀器設(shè)備、人員素質(zhì)、管理方式、作業(yè)組織等產(chǎn)生一系列的影響。

數(shù)字化地形測量的生產(chǎn)工序可概括為兩個環(huán)節(jié)：一是控制測量與計算機輔助平差計算；二是碎部數(shù)據(jù)采集與軟件編圖成圖。兩個環(huán)節(jié)間以數(shù)據(jù)傳輸為紐帶，即可平行施工又可順序施工，與傳統(tǒng)地形測量相比，壓縮了大量的中間生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

2GPS 數(shù)據(jù)處理

GPS數(shù)據(jù)處理要從原始的觀測值出發(fā)得到最終的測量定位成果，其數(shù)據(jù)處理過程大致分為GPS測量數(shù)據(jù)的基線向量解算、GPS基線向量網(wǎng)平差以及GPS網(wǎng)平差或與地面網(wǎng)聯(lián)合平差等幾個階段。數(shù)據(jù)處理的基本流程：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、預(yù)處理、基線解算、GPS網(wǎng)平差。

2.1GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計

GPS技術(shù)分為外業(yè)施測和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理兩部分工作。外業(yè)施測是內(nèi)業(yè)工作的數(shù)據(jù)來源，也是整個GPS技術(shù)工作的基礎(chǔ)。如何作好GPS野外作業(yè)，對確保GPS外業(yè)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高整個GPS技術(shù)的成果精度，顯得尤為重要。

（1）GPS測量精度標準及分類

對于各類GPS網(wǎng)的精度設(shè)計主要取決于網(wǎng)的用途。用于地殼形變及國家基本大地測量的GPS網(wǎng)可參照《規(guī)范》中的A、B級精度分級；用于城市或工程的GPS網(wǎng)可根據(jù)相鄰點的平均距離和精度參照《規(guī)程》中的二、三、四等和一、二級精度分級，見表1。在具體布設(shè)中，可以分級布設(shè)，也可以越級布設(shè)。

各等級GPS相鄰點間的弦長精度用下式表示

（1）

式中，σ為GPS基線向量的弦長中誤差（mm）；a為GPS接收機標稱精度中的固定誤差；b為GPS接收機標稱精度中的比例誤差系數(shù)；d為GPS網(wǎng)中相鄰點間的距離。

表1 GPS測量精度分級

等級 平均距離/km a/mm b/（10-6D） 最弱邊相對中誤差

二 9 ﹤10 ﹤2 1/120000

三 5 ﹤10 ﹤5 1/80000

四 2 ﹤10 ﹤10 1/45000

一級 1 ﹤10 ﹤10 1/20000

二級 ﹤1 ﹤15 ﹤20 1/10000

（2）GPS點的密度標準

各種不同的任務(wù)要求和服務(wù)對象，對GPS點的分布要求也不同。現(xiàn)行規(guī)范對GPS網(wǎng)中兩相鄰點間的距離、各等級GPS網(wǎng)相鄰點的平均距離視其需要也做出規(guī)定。

2.2 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

利用RTK進行數(shù)字化測圖的基本步驟是先控制測量，然后利用RTK測量圖根點，再利用全站儀測量碎步點，再進行數(shù)字化成圖。或者是先控制測量，然后直接利用RTK測量碎部點，再進行數(shù)字化成圖。作業(yè)過程主要包括外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，外業(yè)數(shù)據(jù)采集包括控制測量和碎部測量兩部分，內(nèi)業(yè)主要包括GPS數(shù)據(jù)處理和數(shù)字化地圖編輯。

3 實例分析

3.1 測區(qū)概況

測區(qū)為某廠房，中心地理坐標已確定，在測區(qū)內(nèi)以一個四等GPS點為起算點。為了對該測區(qū)10km2進行1：500的地形圖測量，布設(shè)了一級控制網(wǎng)。

3.2 GPS網(wǎng)控制測量

根據(jù)工程測量設(shè)計及規(guī)范要求進行較高精度的測量；本次平面控制采用采用Trimble雙頻GPS接收機衛(wèi)星定位測量方法聯(lián)測國家高等級控制點，沿測區(qū)布設(shè)一級GPS控制網(wǎng)進行首級控制。利用GPS建立一級控制點，每時段采集數(shù)據(jù)前，作業(yè)員量取天線高，記錄此時段的接收衛(wèi)星數(shù)、故障情況；一個時段觀測過程中無關(guān)閉接收機重新啟動、進行接收機初始化、改變數(shù)據(jù)采集間隔、改變天線位置；觀測員在作業(yè)期間未擅自離開測站，并應(yīng)防止儀器受震動和被移動，防止人和其他物體靠近儀器、以免遮擋衛(wèi)星信號；觀測時無人在接收機旁使用手機和對講機，避免了干擾衛(wèi)星信號；在觀測過程中應(yīng)保證接收機正常工作，數(shù)據(jù)記錄正確，觀測結(jié)束后，在GPS手簿中輸入這些點的WGS-84坐標和地方坐標，手簿內(nèi)置軟件會自動計算控制點的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)。為了提高精度，將天線設(shè)置在對點器上，設(shè)置好天線高、基準站點坐標、坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)、預(yù)設(shè)精度指標等參數(shù)，觀測控制網(wǎng)和數(shù)據(jù)。平差后得該控制網(wǎng)平差成果表，見表2。

表2 1985國家基準高程

序號 點名 坐標X 坐標Y 高程Z 備注

1 A001 2932416.214 525697.499 283.641 已知點

2 A002 2932239.012 525626.049 282.889 已知點

3 A003 2932167.997 523983.824 324.477 已知點

4 A004 2932456.365 523711.633 367.592 一級水準聯(lián)測

5 A005 2932838.588 522887.873 360.895 一級水準聯(lián)測

6 A006 2932416.214 522306.646 392.566 一級水準聯(lián)測

7 MZ01 2933390.694 523716.730 366.346 一級水準聯(lián)測

用GPSRTK布設(shè)圖根點，根據(jù)《工程測量規(guī)范》圖根點的精度相對于鄰近等級控制點的點位中誤差不應(yīng)大于圖上0.1mm；高程的中誤差，不應(yīng)大于測圖基本等高距的1/10；用實時GPSRTK來布設(shè)圖根點，并可以得出，RTK的測量精度完全能夠達到一級導線網(wǎng)的測量。在RTK精度檢查完畢后，再開始測量圖根點，測得部分圖根控制點坐標成果，見表3。

表3 圖根點控制成果表

點號 縱坐標X 橫坐標Y RTK觀測值（高程）

1 2 932 514.354 525 431.717 284.013

2 2 932 280.543 525 417.608 297.356

3 2 932 743.156 523 852.571 310.814

4 2 932 831.211 523 649.837 334.109

5 2 932 997.181 523 384.109 327.218

6 2 932 596.289 524 964.192 358.156

7 2 933 184.116 522 753.315 342.773

8 2 933 252.232 525 146.869 311.255

9 2 932 846.547 523 153.112 338.227

10 2 932 753.734 524 711.166 319.698

3.31：500地形圖碎部測量

由于測區(qū)范圍較大，工期短，在野外數(shù)據(jù)采集時用采用萊卡TCR302全站儀和Trimble雙頻GPS接收機同時對測區(qū)進行野外數(shù)據(jù)采集。使用全站儀及GPSRTK在野外采集數(shù)據(jù)十分快捷方便。在數(shù)據(jù)采集以前要作好點矯正、建立文件等準備工作，架設(shè)好基準站以后要檢測流動站測點是否準確，然后就可以開始進行碎部點的測量采集了。在碎部點的采集過程中應(yīng)盡量保證采點均勻，重復點盡量減少，否則會影響DTM的建立，不利于成圖。在野外工作時，要及時將特殊地物等特征點的位置作記錄，并畫好草圖，方便以后電子地圖的勾勒。此外，在使用GPS—RTK作業(yè)時一定要注意衛(wèi)星數(shù)目不小于4顆。

3.4內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與成圖

成圖過程：首先將RTK數(shù)據(jù)用傳輸軟件保存到電腦上，用轉(zhuǎn)換軟件將其轉(zhuǎn)化DAT文件。下一步展野外高程點，將點展入CASS7.0軟件，可以將一些重復或者沒有用的點刪除，然后建立DTM，（考慮有圖面建立DTM會有數(shù)據(jù)丟失，一般由文件建立）完成后可以將不合理的三角形過濾刪除，就可以繪制等高線成圖了，其中擬合步長應(yīng)比較小，一般為2米。其中地物可以在展點以后勾勒，也可以將原來的地物圖用插入圖塊命令加入。對不正確的線用APPLOAD—GAILINE命令修改比較方便，再標注高程注記，最后加入圖框，完成以后把一些不需要的線刪除，一副圖就完成了。

3.5 精度分析

廠房GPS測量地形圖的精度分析采用的是南方測繪GPS數(shù)據(jù)處理軟件，將廠房控制點導入南方測繪GPS數(shù)據(jù)處理軟件，所得GPS網(wǎng)平差結(jié)果如下。

GPS網(wǎng)平差結(jié)果：環(huán)閉合差中包括所有基線的解算；閉合環(huán)最大節(jié)點數(shù)3；閉合環(huán)總數(shù)17；同步環(huán)總數(shù)7；異步環(huán)總數(shù)10。

使用環(huán)閉合差中為剔除不參與平差的基線（包括自動剔除和人工剔除）后的基線組成的環(huán)的情況。

控制網(wǎng)限差情況：網(wǎng)平均邊長1574m，限差1.0cm。相鄰點最小距離為平均距離的1/2～1/3，最大邊長限差一般是網(wǎng)平均邊長限差的2～3倍，網(wǎng)最大邊長2270.4m，網(wǎng)最小邊長191.1m，邊長不滿足要求。同步環(huán)全長相對閉合差限差15.00×10-6；同步環(huán)坐標分量相對閉合差限差9.00×10-6；閉合環(huán)最大節(jié)點數(shù)3；閉合環(huán)總數(shù)9；同步環(huán)總數(shù)4；異步環(huán)總數(shù)5。

4.結(jié)語

總之，GPS技術(shù)是集計算機、衛(wèi)星、微電子等現(xiàn)代技術(shù)的綜合產(chǎn)物，以其高精度、高效率、全天候的優(yōu)點被廣泛應(yīng)用到測量生產(chǎn)單位中，GPS技術(shù)的出現(xiàn)與不斷完善將會進一步推進地形測量技術(shù)的改進，完善和豐富地形測量方法，為建筑工程提供技術(shù)保證。

參考文獻：

[1]李軍、王卓.論 GPS 技術(shù)在數(shù)字化地形測量中的應(yīng)用[J].民營科技.2010（03）.

[2]劉興勝、樊小平.數(shù)字化地形測量中容易出現(xiàn)的問題及解決問題的建議[J].西部探礦工程.2006（10）.