淺談GPS技術(shù)在數(shù)字化地形測(cè)量中的應(yīng)用

黎飛

摘 要：本文首先分析了地形測(cè)量中GPS技術(shù)的作業(yè)原理，然后論述了GPS地形測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，最后概述了GPS技術(shù)在數(shù)字化地形測(cè)量相關(guān)技術(shù)中的應(yīng)用，希望能給地形測(cè)量提供一些有用參考。

關(guān)鍵詞：GPS；數(shù)字化；地形測(cè)量；基準(zhǔn)站；布網(wǎng)

地形測(cè)圖是為城市、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(jì)建設(shè)的需要。GPS新技術(shù)的出現(xiàn)，可以高精度并快速地測(cè)定各級(jí)控制點(diǎn)的坐標(biāo)。隨著GPS定位技術(shù)的迅速發(fā)展，GPS逐漸向常規(guī)測(cè)量領(lǐng)域邁進(jìn)，應(yīng)用于各種工程測(cè)量當(dāng)中。

一、GPS技術(shù)應(yīng)用于地形測(cè)量的作業(yè)原理

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量系統(tǒng)由三部分組成：GPS信號(hào)接收部分（即GPS傳感器及天線）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸部分（即數(shù)據(jù)鏈，俗稱電臺(tái)）和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處彈部分（即GPS控制器及其內(nèi)裝的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理軟件）。

外業(yè)作業(yè)時(shí)，一套實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)充當(dāng)參考站，設(shè)置在精確未知84坐標(biāo)的周定點(diǎn)上，參考站在接收GPS信號(hào)并進(jìn)行載波相位和偽距測(cè)量的同時(shí)，通過(guò)數(shù)鋸鏈實(shí)時(shí)將參考站的精確坐標(biāo)、觀測(cè)值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)以及參考站的工作狀態(tài)發(fā)送出去。參考站由一人作業(yè)，實(shí)時(shí)觀察參考站的工作狀態(tài)，以確保參考站的工作正常。若出現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)利用對(duì)講機(jī)及時(shí)聯(lián)系。另外一套或若干套實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)當(dāng)流動(dòng)站，采用背負(fù)方式由兩人作業(yè)，一人作業(yè)，一人及時(shí)畫(huà)出草圖（點(diǎn)位的連線關(guān)系應(yīng)盡量詳細(xì)）。大大降地了人力投入，提高了工作效率，并為內(nèi)業(yè)成圖贏得了充足的時(shí)間，保證整個(gè)工程項(xiàng)目的順利完成。流動(dòng)站在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)并進(jìn)行載波相位和偽距測(cè)量的同時(shí)，還通過(guò)數(shù)據(jù)鏈及時(shí)接收來(lái)自參考站的觀測(cè)值和其它數(shù)據(jù)。利用GPS控制器內(nèi)置商用實(shí)時(shí)處理軟件，實(shí)時(shí)地解算出參考站至流動(dòng)站間的基線向量和流動(dòng)站的點(diǎn)位坐標(biāo)。如果需要及時(shí)輸出北京54坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)或進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理時(shí)，應(yīng)該定義一組坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，在室內(nèi)正確設(shè)置儀器參數(shù)。

二、GPS用于數(shù)字化地形測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)

（一）快速度、高效率

GPS測(cè)圖不受通視條件和視距限制，省去了遷站時(shí)儀器搬動(dòng)的煩惱，擴(kuò)大了作業(yè)半徑，節(jié)約了大量非測(cè)圖時(shí)間，作業(yè)人員可一心一意跑點(diǎn)、編碼。

（二）精度高且精度分布均勻

GPS測(cè)圖省去了中間環(huán)節(jié)，提高了測(cè)圖精度，其測(cè)圖時(shí)碎部點(diǎn)的誤差是隨即產(chǎn)生的，不會(huì)產(chǎn)生誤差不均勻的情況。

（三）測(cè)量范圍廣

GPS技術(shù)由于由高策低，測(cè)量范圍可以很大。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)。

（四）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。

（五）全天候觀測(cè)作業(yè)

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)。

三、GPS技術(shù)在數(shù)字化地形測(cè)量相關(guān)技術(shù)中的應(yīng)用

（一）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、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，根據(jù)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。首先是完成控制點(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)，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。

（二）基準(zhǔn)站選點(diǎn)，埋石

a、基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)盡可能選擇在交通便利，便于安置接受設(shè)備和便于操作的地方。所建造之點(diǎn)應(yīng)便于保存。

b、選點(diǎn)時(shí)如無(wú)法避開(kāi)成片植物，應(yīng)在測(cè)量前將基準(zhǔn)點(diǎn)150以上部分植物砍去。點(diǎn)位應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高大建筑物和成片水域地區(qū)。

c、在基準(zhǔn)點(diǎn)200 1T1范圍內(nèi)應(yīng)無(wú)大小功率無(wú)線電發(fā)射設(shè)施，及高壓輸變電線路及設(shè)備。

d、基準(zhǔn)站的間距須考慮GPS電臺(tái)的功率和覆蓋能力，應(yīng)盡量布設(shè)在測(cè)區(qū)內(nèi)相對(duì)較高的突出位置上，以獲得最大的數(shù)據(jù)通訊有效半徑，從而減少基準(zhǔn)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

e、埋石應(yīng)視測(cè)區(qū)未來(lái)對(duì)點(diǎn)位的要求而定。

（三）布網(wǎng)

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，但受交通工具和通迅手段的限制，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。GPS基線向量的布網(wǎng)形式。GPS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。

（四）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。

（五）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處理軟件來(lái)處理。由于EGO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。

（六）基準(zhǔn)站設(shè)置

a、輸入正確的基準(zhǔn)站W(wǎng)GS一84坐標(biāo)，及準(zhǔn)確的儀器高。

b、選擇GPS模式的發(fā)射差分?jǐn)?shù)據(jù)。

c、選擇恰當(dāng)?shù)牟ㄌ芈省?/p>

（七）流動(dòng)站設(shè)置及轉(zhuǎn)換參數(shù)求解

利用電子手簿輸入正確的流動(dòng)站高度，同時(shí)輸入其它基準(zhǔn)站點(diǎn)的WGS一84坐標(biāo)，聯(lián)測(cè)已知控制點(diǎn)，解算轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并接收，確定。

（八）碎步測(cè)量

完成以上工作后，即可將流動(dòng)站置于地物地貌特征點(diǎn)上進(jìn)行碎步測(cè)量，每個(gè)碎步的測(cè)量時(shí)間2～3S。碎部點(diǎn)密度應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

（九）繪制地形圖

打開(kāi)CASS9.0改變圖式比例尺為所需比例尺，啟用展點(diǎn)命令，將上述數(shù)據(jù)文件名輸入，然后根據(jù)外業(yè)所繪草圖，人機(jī)交互編輯，連線。將野外測(cè)點(diǎn)按CASS9.0提供的圖式符號(hào)庫(kù)連線后對(duì)于一些與地形圖規(guī)范要求有差別的地方須作編輯處理。

參考文獻(xiàn)：

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