試論GPS測(cè)繪技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用

梅 煒

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊(duì)，貴州 安順 561000）

1 GPS測(cè)繪技術(shù)的系統(tǒng)組成、基本原理和技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.1 GPS系統(tǒng)組成

GPS系統(tǒng)主要由以下三部分組成：衛(wèi)星星座（空間部分）、地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（地面部分）和GPS接收機(jī)（用戶設(shè)備部分）。根據(jù)測(cè)繪工程要求選擇某一位置設(shè)定信號(hào)接收裝置，這樣一來(lái)地上信號(hào)接收裝置就會(huì)接收到來(lái)自GPS衛(wèi)星系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，并且信號(hào)接收裝置會(huì)處理所得信息，分析不同地區(qū)信息和位置，獲得詳細(xì)的地理坐標(biāo)系信息。

1.2 GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星定位原理

單點(diǎn)定位：?jiǎn)吸c(diǎn)定位也稱作絕對(duì)定位。單點(diǎn)定位指的是在一個(gè)待測(cè)點(diǎn)上，通過(guò)應(yīng)用一臺(tái)接收機(jī)跟蹤GPS衛(wèi)星，對(duì)待測(cè)點(diǎn)的地心坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。因?yàn)楹芏嘤脩糁粏渭兊牧私釩/A碼（粗碼），但是不熟悉P碼（精確碼），使得導(dǎo)航電文測(cè)量的衛(wèi)星位置存在一定的誤差。同時(shí)由于空氣會(huì)影響電波的傳播，使得測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差，所以，單點(diǎn)定位法的精度相對(duì)較低，通常是30m左右。此種方式的定位精度無(wú)法滿足工程測(cè)量的需求，不過(guò)在飛機(jī)導(dǎo)航、船舶航行等領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍。

相對(duì)定位：相對(duì)定位指的是利用測(cè)量衛(wèi)星將電波傳輸?shù)絻膳_(tái)接收機(jī)，會(huì)出現(xiàn)時(shí)間差，從而實(shí)現(xiàn)待測(cè)點(diǎn)的定位。通過(guò)兩臺(tái)同一型號(hào)的接收機(jī)對(duì)相同的4顆衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，合成處理兩臺(tái)接收機(jī)接收的電波，這樣就能計(jì)算出兩臺(tái)接收機(jī)之間的相對(duì)位置，此時(shí)只要給定一個(gè)接收機(jī)位置就能計(jì)算出另一個(gè)站點(diǎn)坐標(biāo)。若是兩臺(tái)接收機(jī)坐標(biāo)距離在10公里以內(nèi)，因?yàn)閮膳_(tái)接收機(jī)同時(shí)觀測(cè)同一個(gè)衛(wèi)星時(shí)產(chǎn)生的衛(wèi)星星歷誤差、時(shí)鐘誤差和電波空氣傳播誤差大體相同，所以，在進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)，就能夠有效抵消（或削弱）上述誤差的影響，提升定位精度。通常情況下，相對(duì)定位精度±（5mm+1ppm.D）。這種測(cè)量定位方式主要在大地測(cè)量以及工程測(cè)量中使用。相對(duì)定位方法確定一個(gè)點(diǎn)大概觀測(cè)時(shí)間為0.5h～1h。

差分定位：差分定位指的是在定位過(guò)程中使用2臺(tái)以上的GPS接收機(jī)，把其中一臺(tái)接收機(jī)安裝在地面已知坐標(biāo)點(diǎn)位置上作為基準(zhǔn)點(diǎn)，剩余的接收機(jī)安裝在待測(cè)電商。所有的接收機(jī)在同一時(shí)間實(shí)施單點(diǎn)定位，按照基準(zhǔn)站測(cè)量所得坐標(biāo)以及已知的坐標(biāo)就能計(jì)算得出定位結(jié)構(gòu)的位置差分或者是偽距差分。借助基準(zhǔn)點(diǎn)以及接用戶站之間的數(shù)據(jù)鏈，把基準(zhǔn)站的改正值同步傳輸?shù)接脩粽荆瑫r(shí)改正用戶接收機(jī)的定位結(jié)果，提升定位精度。差分定位融合了單點(diǎn)定位以及相對(duì)定位的優(yōu)勢(shì)，而且克服了上述兩種方法的不足。不過(guò)需要注意的是，在使用差分定位方法時(shí)，必須保證所有接收機(jī)型號(hào)一致，同時(shí)觀測(cè)相同的4顆衛(wèi)星。載波相位實(shí)時(shí)差分技術(shù)（即RTK）是差分定位法當(dāng)中的一項(xiàng)典型技術(shù)。使用差分定位法測(cè)量?jī)H需幾十秒就可以測(cè)得一個(gè)點(diǎn)的位置。

1.3 GPS測(cè)繪技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

精確度高：和傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)相比，GPS測(cè)繪技術(shù)具有良好的準(zhǔn)確性以及精度。GPS測(cè)繪技術(shù)直接和衛(wèi)星相連接，因此可以直接獲得點(diǎn)的三維坐標(biāo)位置。并且，很多傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)由于條件限制而不能完成的測(cè)繪任務(wù)都可以經(jīng)由GPS技術(shù)快速、準(zhǔn)確的完成。從總體來(lái)說(shuō)，在測(cè)繪工程領(lǐng)域，GPS測(cè)繪技術(shù)屬于現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的一個(gè)高峰，這是很多傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)不能達(dá)到的。

節(jié)省測(cè)量時(shí)間，提高測(cè)量效率：傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間，同時(shí)對(duì)人力、物力具有較大的需求，隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的日趨成熟，測(cè)繪技術(shù)的相關(guān)軟件得到了很大程度的改進(jìn)，能夠有效的提升測(cè)繪工作效率，節(jié)約測(cè)繪時(shí)間。在應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)時(shí)，應(yīng)用改進(jìn)的軟件對(duì)收集的信息進(jìn)行計(jì)算和整理，行之有效的節(jié)約了測(cè)量時(shí)間，提升了測(cè)量效率，減少了人力、物力的浪費(fèi)。

2 GPS測(cè)量具體應(yīng)用策略

2.1 選點(diǎn)與建立標(biāo)志

在GPS測(cè)量選點(diǎn)環(huán)節(jié)，需要符合以下條件：GPS測(cè)量點(diǎn)的位置應(yīng)該優(yōu)選交通便利、方便安裝接收機(jī)的位置，而且測(cè)點(diǎn)視場(chǎng)需要有良好的開(kāi)闊性；選點(diǎn)位置還需要遠(yuǎn)離對(duì)電磁波具有干擾性的物體，例如電視臺(tái)、高壓線等等。

2.2 外業(yè)觀測(cè)

GPS測(cè)量的外業(yè)觀測(cè)工作內(nèi)容主要是天線安置、觀測(cè)作業(yè)以及觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄等。天線安置。在進(jìn)行天線安置時(shí)，主要是：對(duì)中、整平、定向和測(cè)量天線高。對(duì)中是指在靜態(tài)相對(duì)定位過(guò)程中，需要把天線安置在三角架上，同時(shí)將其安裝在標(biāo)志中心上方位置，直接對(duì)中，并且必須保證天線基座上的圓水準(zhǔn)氣泡居中。而所謂的定向就是保證天線定向標(biāo)志線直接指向正北，定向誤差應(yīng)該不高于±（3°～5°）；觀測(cè)作業(yè)。此項(xiàng)工作的主要任務(wù)就是捕捉GPS衛(wèi)星信號(hào)并且進(jìn)行信號(hào)的追蹤、接收以及處理，從而獲得相應(yīng)的定位信息以及觀測(cè)數(shù)據(jù)。在做好天線安置以后，還需要把GPS接收機(jī)放置在離天線不遠(yuǎn)的安全位置，將接收機(jī)、電源、天線的連接電纜接通，在經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查無(wú)誤后，在約定的時(shí)間將電源和接收機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)展觀測(cè)；觀測(cè)記錄主要包含兩種方式，其一是通過(guò)接收機(jī)自動(dòng)形成，同時(shí)將觀測(cè)結(jié)果儲(chǔ)存到接收機(jī)存儲(chǔ)器當(dāng)中，以便隨時(shí)查詢、應(yīng)用以及處理；其二，觀測(cè)人員填寫(xiě)的測(cè)量手冊(cè)。觀測(cè)記錄代表的是GPS定位的最初數(shù)據(jù)，也是之后開(kāi)展后續(xù)數(shù)據(jù)處理的唯一的依據(jù)，需要保證數(shù)據(jù)真實(shí)、準(zhǔn)確。

2.3 成果校核與數(shù)據(jù)處理

需要對(duì)觀測(cè)成果進(jìn)行校核，這樣能夠保證外業(yè)觀測(cè)質(zhì)量，達(dá)到預(yù)期定位精度要求。在完成觀測(cè)工作后，需要第一時(shí)間校核觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，并且根據(jù)《規(guī)范》要求檢查、分析外業(yè)預(yù)處理成果。若是發(fā)現(xiàn)成果不合格，則需要進(jìn)行重測(cè)或者是補(bǔ)測(cè)。成果校核合格，就需要開(kāi)展內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理、平差計(jì)算，坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換或與已有地面網(wǎng)的聯(lián)合平差。

綜上所述，為了保證各項(xiàng)工程的順利開(kāi)展，就需要做好測(cè)繪工作。隨著現(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，測(cè)繪技術(shù)的準(zhǔn)確性和便捷性越來(lái)越高。GPS測(cè)繪技術(shù)由于其良好的準(zhǔn)確性，節(jié)約測(cè)量時(shí)間，測(cè)量工作方便快捷，因此GPS測(cè)繪技術(shù)在測(cè)繪工程當(dāng)中得到了普遍的應(yīng)用。在今后，還應(yīng)該充分發(fā)揮GPS測(cè)繪技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提升測(cè)繪工程的精準(zhǔn)性與工作效率，促使測(cè)繪工程順利進(jìn)展，為測(cè)繪工程的進(jìn)步提供助力。