基于GPS技術(shù)的遙感測(cè)繪方法及實(shí)踐

朱 豐

（河南省遙感測(cè)繪院，河南 鄭州 450000）

1 GPS技術(shù)應(yīng)用概述

1.1 GPS技術(shù)應(yīng)用原理

GPS是全球定位系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，它的主要組成部分包括：太空中的衛(wèi)星星座監(jiān)測(cè)、地面上的監(jiān)控系統(tǒng)以及信息接收器。GPS的衛(wèi)星監(jiān)控部分由三顆在運(yùn)行軌道上的備用衛(wèi)星和21顆正在工作的衛(wèi)星組成。這些衛(wèi)星都以固定的順序和方位排列在空間中的各個(gè)平面內(nèi)。保證每條軌道都有工作衛(wèi)星隨時(shí)接收信號(hào)參與定位。每個(gè)衛(wèi)星的高度大致為20200千米，傾斜度為55度，且與軌道橫截面之間的傾斜距離為60度。地面監(jiān)控是整個(gè)衛(wèi)星控制的中樞系統(tǒng)，它包含一個(gè)主控制站點(diǎn)、5個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)還有3個(gè)信號(hào)注入站。它主要將收集和監(jiān)測(cè)到的信號(hào)資料加以整合，實(shí)時(shí)監(jiān)控GPS衛(wèi)星信號(hào)，并對(duì)其他衛(wèi)星提供其收集整合的信號(hào)。接收機(jī)即用戶設(shè)備系統(tǒng)主要由電源、主機(jī)和天線構(gòu)成。它的主要作用是跟蹤并捕獲一定的衛(wèi)星信號(hào)和監(jiān)控運(yùn)行，并測(cè)量出監(jiān)測(cè)站的時(shí)空三維數(shù)據(jù)。

1.2 GPS在實(shí)際測(cè)繪中的應(yīng)用

GPS實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中主要用于導(dǎo)航和定位。在測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用中可以改變常規(guī)的地面測(cè)量系統(tǒng)在測(cè)繪上的模糊和不確定性，實(shí)行精確化、可靠化定位。并且在航拍攝影測(cè)繪中GPS技術(shù)也占據(jù)了主導(dǎo)地位，根據(jù)以往的實(shí)踐研究成果來看，為了滿足航拍攝影測(cè)量比例的精確度，利用飛機(jī)上裝置的GPS定位系統(tǒng)和地面測(cè)量儀設(shè)置的參考站點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行載波分段測(cè)量和計(jì)算固定區(qū)域中的光束平差值是一種很有效的辦法，這種測(cè)量辦法的精確度一般情況下可達(dá)到4cm左右。隨著衛(wèi)星接載GPS接收機(jī)的問世，離地球較低高度的軌道衛(wèi)星測(cè)量型號(hào)越來越精確。目前國際上先進(jìn)的高精度測(cè)算方法可將準(zhǔn)確度縮小到厘米級(jí)別，因此，基于GPS技術(shù)的遙感測(cè)繪系統(tǒng)能夠被陸地和航空遙感測(cè)繪廣泛采用。

2 GPS技術(shù)在遙感測(cè)繪實(shí)踐中的具體應(yīng)用

2.1 雙頻GPS技術(shù)在橋梁變形上的實(shí)踐

在實(shí)際的科技應(yīng)用中，對(duì)于橋梁變形遙感監(jiān)控和振動(dòng)測(cè)量大多廣泛采用雙頻GPS的定位測(cè)繪。對(duì)于監(jiān)測(cè)對(duì)象的不同特征，GPS測(cè)量技術(shù)有以下三種不同的作業(yè)方式：連續(xù)的固定GPS測(cè)繪排列、周期性的重復(fù)監(jiān)控以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。在測(cè)繪橋梁變形的動(dòng)態(tài)檢測(cè)中進(jìn)行頻繁高速的采樣，精確地計(jì)算出每個(gè)歷元的變化數(shù)據(jù)和具體位置，總結(jié)出一種基于雙頻GPS技術(shù)的遙感測(cè)繪計(jì)算公式。這項(xiàng)計(jì)算法則采用雙頻的P碼間距為觀測(cè)對(duì)象和觀測(cè)值的確定，將單歷元的計(jì)算數(shù)值確定寬度頻段的模糊度，進(jìn)而確定各個(gè)頻段的模糊度動(dòng)態(tài)定位數(shù)值，這項(xiàng)計(jì)算法則對(duì)初始定位坐標(biāo)的數(shù)值精確性要求不高，因此，在計(jì)算高動(dòng)態(tài)的遙感測(cè)繪時(shí)被廣泛采用。

GPS技術(shù)在應(yīng)用到橋梁變形遙感檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用中時(shí)，由于定位監(jiān)測(cè)不會(huì)受到氣候變化的影響，可以隨時(shí)隨地的進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，將測(cè)繪到的數(shù)值提供給監(jiān)測(cè)站，有效保證了各個(gè)測(cè)量站點(diǎn)在時(shí)間上的一致性。運(yùn)用雙頻率P碼偽距離的計(jì)算方法時(shí)必須選擇4顆測(cè)量衛(wèi)星組成一個(gè)完整的運(yùn)行空間，再利用這4顆衛(wèi)星的寬度波段組成雙差值的觀測(cè)方式進(jìn)行模糊空間計(jì)算。待獲得觀測(cè)點(diǎn)的可能位置后，計(jì)算出相同歷元條件下其他寬波頻段的模糊度，再對(duì)其進(jìn)行排列組合，計(jì)算出每一組觀測(cè)數(shù)值，列出相應(yīng)的方程式。這項(xiàng)觀測(cè)方式能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS技術(shù)和遙感測(cè)繪技術(shù)的相互結(jié)合應(yīng)用，提高了常規(guī)測(cè)量技術(shù)的精確度，促進(jìn)了測(cè)繪方式的進(jìn)步。因此，在當(dāng)前的各方面測(cè)繪工程中，基于GPS技術(shù)的遙感測(cè)繪方式具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)和實(shí)踐價(jià)值。

2.2 GPS技術(shù)對(duì)大氣降水量的遙感測(cè)繪

二十世紀(jì)八九十年代以來科學(xué)家首次提出利用GPS技術(shù)遙感大氣可降水量的分析探測(cè)。我國也在利用GPS技術(shù)進(jìn)行大氣可降水量的遙感測(cè)繪方面做了大量研究和實(shí)踐，目前利用GPS技術(shù)遙感大氣水汽含量的測(cè)繪方式已經(jīng)基本純熟，且精確度已經(jīng)達(dá)到了1.5mm左右，同時(shí)，由于GPS遙感測(cè)繪技術(shù)在分布范圍、預(yù)算經(jīng)費(fèi)、精確度以及分辨率方面都具有強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，被廣泛使用于氣候監(jiān)控、水文狀況分析和大氣含水量的測(cè)繪等方面。以我國的哈爾濱地區(qū)為例，由于特殊的氣候條件，在對(duì)氣候的研究方面如利用GPS遙感技術(shù)測(cè)量大氣可降水量的研究中也具有一定代表性。

利用GPS技術(shù)來進(jìn)行遙感測(cè)量大氣可降水量的過程中，首先通過GPS定位衛(wèi)星監(jiān)測(cè)站測(cè)量到的信號(hào)和數(shù)據(jù)通過接收機(jī)傳到GPS數(shù)據(jù)處理中心，對(duì)地面氣壓值和氣流層天頂延遲進(jìn)行測(cè)量，獲得新的大氣參數(shù)值，再利用信號(hào)處理器計(jì)算出大氣濕度延遲數(shù)據(jù)，計(jì)算出可降水量。在計(jì)算過程中，使用一種專門的計(jì)算軟件來進(jìn)行精確匯總，精確測(cè)量出地理位置的緯度值和測(cè)量的海拔高度。在把濕度延遲轉(zhuǎn)化為大氣可降水含量時(shí)，采用加權(quán)平均計(jì)算法則加以模型的輔助完成測(cè)量結(jié)果的運(yùn)算。另外，還需注意的一點(diǎn)是測(cè)量氣候數(shù)值時(shí)會(huì)有一定的代表性的誤差值，這項(xiàng)誤差結(jié)果會(huì)影響到GPS的最終遙感測(cè)繪數(shù)據(jù)分析，因此，在選擇測(cè)繪站點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該盡量避開一些局限性的特殊氣候帶。

3 結(jié)束語

綜上所述，以GPS輔助的遙感測(cè)繪技術(shù)具有其他大地測(cè)量儀器無可比擬的優(yōu)勢(shì)，它具有觀測(cè)時(shí)間短、計(jì)算數(shù)值精確、實(shí)施有效的全程跟蹤檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際的各項(xiàng)工程應(yīng)用中都被廣泛采用。隨著現(xiàn)代科技水平的不斷進(jìn)步，GPS遙感測(cè)繪的測(cè)量方式也將越來越簡(jiǎn)潔化和精確化，在不久的將來一定會(huì)被應(yīng)用到更多的領(lǐng)域，為人們帶來更多的方便。

[1]古金明.GPS技術(shù)在新干控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].科技與生活,2010(23)

[2]楊子榮.遙感技術(shù)在引細(xì)入蘭輸水工程中的應(yīng)用[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2009(28)