試論GPS 測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及注意事項(xiàng)

■唐然剛 ■青海省第二測(cè)繪院，青海 西寧 810001

伴隨著國(guó)家現(xiàn)代化進(jìn)程的加速，在工程建設(shè)中，工程測(cè)量的技術(shù)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。GPS 定位測(cè)量的技術(shù)憑借著其準(zhǔn)確的精度，高額的經(jīng)濟(jì)效益等等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已被廣泛得應(yīng)用于工程測(cè)繪當(dāng)中。GPS定位測(cè)量為工程測(cè)繪提供了良好的技術(shù)支撐，為工程測(cè)繪的精度提供了科學(xué)的保障，為工程建設(shè)打下了穩(wěn)固的基礎(chǔ)，從而促進(jìn)了城市發(fā)展的現(xiàn)代化的進(jìn)程和社會(huì)的進(jìn)步，加速了信息全球化的發(fā)展大方向和趨勢(shì)。

1 GPS 測(cè)量技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)

(1)測(cè)站與測(cè)站間不需要通視。GPS 測(cè)量對(duì)于測(cè)站和測(cè)站間的要求規(guī)范不復(fù)雜，相互間無(wú)需通視，只要留意測(cè)站的上體空間是寬闊的，沒(méi)有干擾物，使GPS 的系統(tǒng)不會(huì)受到接收衛(wèi)星信號(hào)的干擾。這一優(yōu)勢(shì)將大大節(jié)約測(cè)量工程的造價(jià)成本。測(cè)站之間不需要通視，就可以更加便捷、自如得選擇點(diǎn)位，可以按照實(shí)際工程的要求來(lái)確定位置所在，從而節(jié)約了大地網(wǎng)測(cè)量當(dāng)中的過(guò)渡點(diǎn)和傳算點(diǎn)的測(cè)量任務(wù)。

(2)定位的精度較高。通常雙頻接收機(jī)GPS 基線解精度為5mm+1ppm，而紅外線其精度是5mm +5ppm，GPS 測(cè)量得到的精度和紅外線的精度差不多，隨著距離的拉大，GPS 測(cè)量出的精度越精準(zhǔn)，優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)得越清晰。通過(guò)種種應(yīng)用的實(shí)踐認(rèn)為:GPS 相對(duì)的定位精度不超過(guò)50km 時(shí)，能夠達(dá)到10-6。當(dāng)GPS 的相對(duì)定位的精確度處于100km～500km 范圍內(nèi)時(shí)，能夠達(dá)到10-7。當(dāng)GPS 相對(duì)定位精度達(dá)至1000km時(shí)，能夠到10-9。然而當(dāng)范圍在300m～1500m 時(shí)，工程精密定位測(cè)量的過(guò)程中，長(zhǎng)達(dá)1 小時(shí)之上觀測(cè)的解，平面位置的誤差小于1mm，與ME-5000 電磁波測(cè)距儀測(cè)定的邊長(zhǎng)進(jìn)行比較，邊長(zhǎng)較差最大是0.5mm，校差中誤差是0.3mm。

(3)觀測(cè)的時(shí)間比較短。一般設(shè)置GPS 的控制網(wǎng)，每個(gè)測(cè)站的觀測(cè)的時(shí)間大約為30-40 分鐘，若通過(guò)運(yùn)用快速靜態(tài)的定位手段，則將會(huì)縮短觀測(cè)的時(shí)間。如果是通過(guò)運(yùn)用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法(RTK-Real-time kinematic)，能夠在短短的5 秒之內(nèi)就測(cè)算出測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。

(4)提供三維的坐標(biāo)。GPS 的測(cè)量在進(jìn)行精確得測(cè)算觀測(cè)站的平面位置之時(shí)，能夠精準(zhǔn)得測(cè)算出對(duì)于觀測(cè)站的大地高程。

(5)操作簡(jiǎn)單便捷。隨著GPS 測(cè)量的系統(tǒng)接收機(jī)的步步完善和先進(jìn)，自動(dòng)化的水平也隨之逐漸得提升。接收機(jī)的重量和體積的減小，使外業(yè)測(cè)量的工作人員減輕了工作強(qiáng)度，一定程度上緩解了緊張的程度。如今的GPS 接收機(jī)愈加小巧，操作也越來(lái)越簡(jiǎn)單便捷，測(cè)量人員只用把天線進(jìn)行對(duì)中、整平、然后量取天線的高度，開啟電源，就能夠輕松得獲得自動(dòng)觀測(cè)效果。將所得數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)處理的軟件簡(jiǎn)單處理就能夠算出測(cè)點(diǎn)三維的坐標(biāo)。此外，GPS 的測(cè)量可以在任何時(shí)間進(jìn)行，且不會(huì)受到來(lái)自天氣、氣候的干擾和影響，簡(jiǎn)捷得多。

2 GPS 測(cè)量技術(shù)的具體應(yīng)用

(1)GPS 測(cè)量方面的技術(shù)設(shè)計(jì)。①《城市測(cè)量規(guī)范》、《全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》以及工程測(cè)量合同的要求，是GPS 測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)。②設(shè)計(jì)精度要求。根據(jù)測(cè)量區(qū)域和工程實(shí)際要求，一般可以選取城市或者是工程二級(jí)GPS 網(wǎng)來(lái)用作于測(cè)量區(qū)域的首級(jí)控制網(wǎng)。為實(shí)現(xiàn)精度的準(zhǔn)確目標(biāo)，通常平均的邊長(zhǎng)在1km 以內(nèi)，最弱邊的相對(duì)誤差藥在1/10000 范圍內(nèi)，而對(duì)于GPS 接收機(jī)標(biāo)稱精度的固定誤差a≤15mm，比例誤差的系數(shù)b≤20 ×10-6。③設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)和網(wǎng)形。工程實(shí)例當(dāng)中，控制網(wǎng)一共是12 個(gè)點(diǎn)，其中的2 個(gè)聯(lián)測(cè)已知平面控制點(diǎn)，5 個(gè)高程控制點(diǎn)。網(wǎng)形布設(shè)成邊連式，架設(shè)GPS 接收機(jī)3 臺(tái)進(jìn)行觀測(cè)。④編制作業(yè)調(diào)度表。編制作業(yè)調(diào)度表應(yīng)根據(jù)衛(wèi)星的可見(jiàn)預(yù)報(bào)圖和幾何圖形強(qiáng)度，選擇最佳觀測(cè)時(shí)段。

(2)GPS 測(cè)量外業(yè)。①選點(diǎn)。由于GPS 測(cè)量測(cè)站點(diǎn)之間無(wú)需通視，所以選點(diǎn)比較方便，網(wǎng)形結(jié)構(gòu)比較靈活。但是要求測(cè)站上空開闊，測(cè)點(diǎn)周圍高度角15°以上不要有障礙物，以便于衛(wèi)星信號(hào)的接受。②觀測(cè)。根據(jù)GPS 作業(yè)調(diào)度表的計(jì)劃進(jìn)行觀測(cè)，衛(wèi)星高度角15°，觀測(cè)間隔10 秒。在三個(gè)點(diǎn)上同時(shí)架設(shè)三臺(tái)接收機(jī)天線，量天線高，開機(jī)進(jìn)行觀測(cè)。當(dāng)各指標(biāo)符合規(guī)范要求時(shí)，根據(jù)接收機(jī)給出的提示進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的輸入，那么接收機(jī)自動(dòng)進(jìn)行記錄，工作人員可以記錄觀測(cè)手簿。

3 GPS 測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用方式

(1)GPS 測(cè)量外業(yè)的操作和實(shí)施。①選點(diǎn)。點(diǎn)位的選擇要遵循容易設(shè)置接收設(shè)備、視野寬闊的地點(diǎn)。選點(diǎn)時(shí)要著重考慮:A 每一點(diǎn)與某一點(diǎn)進(jìn)行通視，為接下來(lái)的測(cè)量工作中的使用提供便捷;B 視野周邊范圍的高度角在15°以上的避免有障礙物的干擾，保證信號(hào)的暢通;C 點(diǎn)位的周圍，不可以存在大功率的無(wú)線電發(fā)射源(例如電視臺(tái)、微波站等等)，距離不能低于200 米，距離高壓的電線不能低于50 米等，要防止電磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)造成干擾和影響，從而削弱多路徑效應(yīng)的干擾和影響;D點(diǎn)位應(yīng)選擇位于交通方便、地面基礎(chǔ)穩(wěn)固、容易保存、能夠方便和其他觀測(cè)手段擴(kuò)展與聯(lián)系的地方，以利于觀測(cè)以及日后的使用;E 選點(diǎn)之后，按照規(guī)范要求進(jìn)行埋設(shè)標(biāo)石，標(biāo)石的要求須穩(wěn)固，而且要填寫點(diǎn)之記。②觀測(cè)。外業(yè)觀測(cè)的內(nèi)容有:天線安置、開機(jī)觀測(cè)、氣象參數(shù)測(cè)定、觀測(cè)記錄。并且盡快得把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到存儲(chǔ)設(shè)備之上，觀測(cè)人員要記錄觀測(cè)手冊(cè)。

(2)GPS 測(cè)量數(shù)據(jù)的處理。把GPS 接收機(jī)得到的觀測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸至存儲(chǔ)的設(shè)備以后，需要將分流數(shù)據(jù)。就是說(shuō)通過(guò)原始的記錄，經(jīng)過(guò)解碼過(guò)程，把各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和整理，將無(wú)效的觀測(cè)數(shù)據(jù)和信息刪去，從而形成各數(shù)據(jù)文件，比如觀測(cè)文件和測(cè)站的信息文件等等。數(shù)據(jù)文件的格式進(jìn)行統(tǒng)一，把各種類別的接收機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式上的記錄，項(xiàng)目及采樣密度和觀測(cè)值得數(shù)據(jù)單位統(tǒng)一作為文件格式的標(biāo)準(zhǔn)，從而能有利于一起進(jìn)行處理。通過(guò)多項(xiàng)式擬合法，GPS 衛(wèi)星的每次發(fā)送的軌道參數(shù)平滑，從而將觀測(cè)時(shí)段的衛(wèi)星軌道進(jìn)行統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化。探測(cè)周跳、修復(fù)載波相位觀測(cè)值。觀測(cè)值需要必要的改正，于GPS 觀測(cè)值的中間進(jìn)行對(duì)流程的修改，單頻接收觀測(cè)值的中間進(jìn)行電離層的修改。為了凈化觀測(cè)值進(jìn)行預(yù)處理，從而提升觀測(cè)值的精準(zhǔn)程度。通常數(shù)據(jù)處理軟件均是運(yùn)用站星雙差觀測(cè)值。

4 GPS 測(cè)量技術(shù)的注意事項(xiàng)

(1)與常規(guī)測(cè)量一樣，GPS 測(cè)量應(yīng)先復(fù)核起算基準(zhǔn)點(diǎn)的精度，起算點(diǎn)應(yīng)為高等級(jí)的控制點(diǎn)，且與觀測(cè)點(diǎn)之間具良好的位置分布。

(2)GPS 測(cè)量中測(cè)站點(diǎn)選點(diǎn)會(huì)影響到觀測(cè)精度。所以選點(diǎn)要求站點(diǎn)上空開闊，周圍高度角達(dá)到15°以上無(wú)障礙物。

(3)GPS 測(cè)量并不是萬(wàn)能的，在信號(hào)較弱的區(qū)域，會(huì)出現(xiàn)信號(hào)浮動(dòng)狀況。如果出現(xiàn)類似實(shí)測(cè)4.4 不同型號(hào)GPS 測(cè)量的成果同樣會(huì)出現(xiàn)誤差，在外業(yè)測(cè)量，應(yīng)避免使用不同型號(hào)的儀器。

5 結(jié)論及建議

(1)GPS 控制網(wǎng)無(wú)需通視，所以選點(diǎn)更為靈活，布網(wǎng)很方便，在測(cè)區(qū)復(fù)雜或是通視性的區(qū)域，優(yōu)勢(shì)更為明顯。

(2)GPS 接收機(jī)觀測(cè)自動(dòng)化還有智能化，觀測(cè)的時(shí)間不長(zhǎng)，作業(yè)的強(qiáng)度不高，觀測(cè)的質(zhì)量大多被觀測(cè)時(shí)衛(wèi)星的空間分布以及信號(hào)的質(zhì)量所影響。所以要嚴(yán)格根據(jù)要求進(jìn)行選點(diǎn)，并選取最佳的時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)。

(3)GPS 測(cè)量，保障接收衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量以及已知數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度和數(shù)量，即能算出符合精度目標(biāo)的控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)。為了保證控制點(diǎn)高程精度，應(yīng)聯(lián)測(cè)足夠的已知高程點(diǎn)。

［1］全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程［S］，北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］徐紹銓等，GPS 測(cè)量原理及應(yīng)用［M］，武漢:武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，2007.

［3］陳斌，淺談新技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用［J］，科學(xué)之友，2011，(12).

［4］韓艷榮.GPS 技術(shù)在現(xiàn)代化測(cè)量中的應(yīng)用［J］，中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2009，(07).