GPS在地形測(cè)量中的應(yīng)用

一、概述

GPS全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成，測(cè)量用戶(hù)還應(yīng)有衛(wèi)星接收設(shè)備。

(1) 空間衛(wèi)星群:GPS的空間衛(wèi)星群由24顆高約20萬(wàn)公里的GPS衛(wèi)星群組成，均勻分布在6個(gè)軌道面上，各平面之間交角為600，軌道和地球、赤道的傾角為550，衛(wèi)星的軌道運(yùn)行周期為11小時(shí)58分，可以保證在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)地平線(xiàn)以上接收4到11顆GPS衛(wèi)星發(fā)送出的信號(hào)。

(2) GPS地面控制系統(tǒng):GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)包括1個(gè)主控站、3個(gè)注入站和5個(gè)監(jiān)測(cè)站。主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對(duì)GPS的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星中的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)注入站注入到衛(wèi)星中去;同時(shí)還對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，調(diào)度備用衛(wèi)星等。監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號(hào)，監(jiān)測(cè)衛(wèi)星工作狀態(tài)。注入站的作用是將主控站計(jì)算的數(shù)據(jù)注入到衛(wèi)星中去。GPS地面控制系統(tǒng)主要設(shè)立在大西洋、印度洋、太平洋和美國(guó)本土。

(3) GPS衛(wèi)星接收設(shè)備:由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶(hù)設(shè)備如計(jì)算機(jī)、氣象儀等組成，其作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，利用信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位等。

二、RTK的作用

RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)又稱(chēng)載波相位差分技術(shù)，是實(shí)時(shí)處理2個(gè)測(cè)站載波相位觀測(cè)量的差分方法。載波相位差分方法分為兩類(lèi)，一類(lèi)是修正法，另一類(lèi)是差分法。所謂修正法，即將基準(zhǔn)站的載波相位修正值發(fā)送給用戶(hù)，改正用戶(hù)接收到的載波相位，再解求坐標(biāo)。所謂差分法，是將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶(hù)，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。可見(jiàn)，修正法屬準(zhǔn)RTK，差分法為真正的RTK。RTK技術(shù)也同樣受到基準(zhǔn)站至用戶(hù)距離的限制。為解決此問(wèn)題，發(fā)展成局部區(qū)域差分和廣域差分定位技術(shù)。通常把一般差分定位系統(tǒng)叫DGPS，局部區(qū)域差分定位系統(tǒng)叫LADGPS，廣域差分系統(tǒng)叫WADGPS。

(1) 應(yīng)用RTK技術(shù)進(jìn)行定位時(shí)，要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)地把觀測(cè)數(shù)據(jù)(如偽距或相伴觀測(cè)值)及已知數(shù)據(jù)(如基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo))實(shí)時(shí)傳輸給流動(dòng)站GPS接收機(jī)，流動(dòng)站快速求解整周模糊度，在觀測(cè)到4顆衛(wèi)星后，可以實(shí)時(shí)地求解出厘米級(jí)的流動(dòng)站動(dòng)態(tài)位置。這比起GPS靜態(tài)、快速靜態(tài)定位需要事后處理來(lái)說(shuō)，其定位效率會(huì)大大提高。故RTK技術(shù)的出現(xiàn)和在測(cè)量中的應(yīng)用受到人們的重視和青睞。

(2) 地形測(cè)圖一般是首先根據(jù)控制點(diǎn)加密圖根控制點(diǎn)，然后在圖根控制點(diǎn)上用經(jīng)緯儀測(cè)圖法或平板儀測(cè)圖法測(cè)繪地形圖。近幾年發(fā)展到用全站儀和電子手簿采用地物編碼的方法，利用測(cè)圖軟件測(cè)繪地形圖。但都要求測(cè)站點(diǎn)與被測(cè)的周?chē)匚锏孛驳人椴奎c(diǎn)之間的通視，而且至少要求2~3人操作。采用RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)圖時(shí)，僅需1人背著儀器在要測(cè)的碎部點(diǎn)上呆上1~2秒鐘并同時(shí)輸入特征編碼，通過(guò)電子手簿或便攜微機(jī)記錄，在點(diǎn)位精度合乎要求的情況下，把1個(gè)區(qū)域內(nèi)的地形地物點(diǎn)位測(cè)定后回到室內(nèi)或野外，由專(zhuān)業(yè)測(cè)圖軟件可以輸出所要求的地形圖。用RTK技術(shù)測(cè)定點(diǎn)不要求點(diǎn)間通規(guī)，僅需1人操作，便可完成測(cè)圖工作。

三、測(cè)量中動(dòng)態(tài)和靜態(tài)

GPS測(cè)量分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)，動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量主要應(yīng)用于礦山和公路的放樣及碎部點(diǎn)的采集;而靜態(tài)GPS測(cè)量主要應(yīng)用于工程建設(shè)的控制階段。(1)應(yīng)用GPS定位技術(shù)建立平面控制網(wǎng)，不僅具有精度高、工期短和費(fèi)用省的優(yōu)點(diǎn)，而且由于GPS測(cè)量本身的特點(diǎn)，網(wǎng)形構(gòu)造簡(jiǎn)單，點(diǎn)的疏密和邊長(zhǎng)的長(zhǎng)短都可適當(dāng)選取，這樣在建立城市控制網(wǎng)時(shí)，即使離國(guó)家三角點(diǎn)較遠(yuǎn)，仍可進(jìn)行連接，并進(jìn)行控制網(wǎng)的定位和定向。另外，還可以解決常規(guī)測(cè)量中點(diǎn)位之間無(wú)法通視的困難，選點(diǎn)靈活，不需要高標(biāo)，同時(shí)還可解決外業(yè)施測(cè)受天氣影響的困難。因此，應(yīng)用GPS技術(shù)建立平面控制網(wǎng)的方法值得推廣。(2)由于GPS測(cè)量技術(shù)要求高，作業(yè)周期短，并且要求有幾臺(tái)接收入機(jī)同時(shí)作業(yè)，因此要保證作業(yè)的高精度必須在作業(yè)前有周密的計(jì)劃，如在GPS測(cè)量觀測(cè)計(jì)劃中，每點(diǎn)觀測(cè)次數(shù)盡量保證在2次以上，臨近點(diǎn)基本都用直接觀測(cè)基線(xiàn)向量相連，網(wǎng)的邊緣點(diǎn)盡量與內(nèi)部點(diǎn)同步觀測(cè);外業(yè)觀測(cè)時(shí)段、觀測(cè)時(shí)間的選取及觀測(cè)數(shù)據(jù)必須每天傳輸存盤(pán)等。(3)基線(xiàn)解算及工作質(zhì)量評(píng)定直接影響到GPS網(wǎng)的精度，所以應(yīng)認(rèn)真做好當(dāng)天的基線(xiàn)解算工作及閉合差(同步環(huán)、異步環(huán))和復(fù)測(cè)基線(xiàn)較差的統(tǒng)計(jì)工作，正確篩選合格基線(xiàn)。對(duì)于不合格基線(xiàn)要及時(shí)采取措施解決或重新測(cè)量，這對(duì)保證觀測(cè)精度，提高工作效率是至關(guān)重要的。

(作者單位 洛鉬集團(tuán)礦山公司)

編輯/卞瑞鶴