GPS 在地形測(cè)量中的應(yīng)用及發(fā)展

唐 凱

(祁東縣信息測(cè)繪中心,湖南 祁東 421600)

伴隨我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷進(jìn)步，應(yīng)用信息技術(shù)已變成提升工作效率最為有效的一個(gè)方法。礦山地形的測(cè)量當(dāng)中，使用GPS的測(cè)量技術(shù)極其關(guān)鍵。此技術(shù)的操作較為簡(jiǎn)便且自動(dòng)化的水平極高，在地形的測(cè)量當(dāng)中使用此技術(shù)，不但能提升測(cè)量工作的效率，而且還能提高測(cè)量精準(zhǔn)，同時(shí)測(cè)量的范圍比之前擴(kuò)大極多。所以對(duì)GPS 的測(cè)量技術(shù)充分加以了解與掌握，可以在礦山地形測(cè)量當(dāng)中更好加以使用。

1 GPS測(cè)量技術(shù)原理及特點(diǎn)

1.1 GPS 測(cè)量技術(shù)原理

全球的定位系統(tǒng)GPS 是經(jīng)美國(guó)的國(guó)防部所設(shè)計(jì)、建設(shè)與維護(hù)，于1978 年發(fā)射出了首顆GPS 的衛(wèi)星，系統(tǒng)全部運(yùn)轉(zhuǎn)是于20世紀(jì)90 年代的中期，形成覆蓋海陸空三維的立體空間新一代的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航的系統(tǒng)。GPS 測(cè)量其基本原理就是把兩臺(tái)，或超過(guò)兩臺(tái)的GPS 的接收機(jī)于提前規(guī)劃完成，同時(shí)將測(cè)量基線的兩邊分別裝設(shè)，一起分別對(duì)兩臺(tái)GPS 的接收機(jī)加以觀測(cè)。將GPS與用戶的接收機(jī)間距測(cè)量好，從而當(dāng)成測(cè)量基礎(chǔ)，來(lái)對(duì)協(xié)議地球的坐標(biāo)系基線的向量與相對(duì)的部位加以確定。將于GPS 平差的軟件當(dāng)中對(duì)獲取的相對(duì)部位與基線的向量加以計(jì)算。

1.2 GPS 的測(cè)量技術(shù)特點(diǎn)

（1）定位的精度較高

GPS 的測(cè)量技術(shù)其定位的精準(zhǔn)準(zhǔn)程度比較高，只要一講起此技術(shù)，人們便能想到其定位的技術(shù)，GPS 定位的技術(shù)早已深入到人心，這同樣也是其較為成功的一各方面。根據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，GPS 測(cè)量精準(zhǔn)的程度和紅外儀測(cè)量存在著可比性，一般GPS接收機(jī)精度為5mm+1ppm。因距離不斷的增加，GPS 的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯。

（2）操作較簡(jiǎn)單且自動(dòng)化的程度較高

GPS 的測(cè)量技術(shù)其操作較為簡(jiǎn)便且自動(dòng)化的程度較高這一特征已變成其公認(rèn)優(yōu)勢(shì)。正是由于此技術(shù)對(duì)多項(xiàng)現(xiàn)代高新的科技加以綜合，把其綜合的在GPS 的測(cè)量技術(shù)當(dāng)中加以使用，促使其自身性能更為明顯。針對(duì)此技術(shù)操作者而言，自身所負(fù)責(zé)內(nèi)容不是很多，僅需采集測(cè)量?jī)?nèi)容相關(guān)數(shù)據(jù)且裝設(shè)開關(guān)的儀器與量取測(cè)量的時(shí)候所使用的儀器其高度便可，整體測(cè)量的工作比較簡(jiǎn)便，均由儀器自動(dòng)完成。

（3）觀測(cè)的時(shí)間較短

在使用GPS 的測(cè)量技術(shù)加以地形測(cè)量的時(shí)候，這一過(guò)程需用較短時(shí)間。若選擇控制網(wǎng)布設(shè)這一方式，于各個(gè)控制點(diǎn)所需觀測(cè)時(shí)間大約在三十至四十分鐘，若是這時(shí)選擇快速靜態(tài)的定位方式，則能使觀測(cè)時(shí)間于很大程度上有所縮減。

（4）對(duì)通視的要求較低

在對(duì)礦山地形進(jìn)行測(cè)量時(shí)，因其在通視方面有著相應(yīng)的需要，這會(huì)給測(cè)量造成一定困難，GPS 控制測(cè)量的方法在通視方面的需要較低，能有效提升選點(diǎn)可靠性和靈活性，對(duì)實(shí)施地形的測(cè)量技術(shù)更為有利。

2 GPS的測(cè)量方法

GPS 的測(cè)量方法主要分為靜態(tài)測(cè)量與動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)煞N，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，上述兩種技術(shù)也有了各自飛躍式的進(jìn)步與發(fā)展。眾所周知地形測(cè)量的工作作為工程項(xiàng)目建設(shè)以及地籍變更測(cè)量的基礎(chǔ)性工作，其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展能夠直接關(guān)系到后續(xù)整個(gè)工程建設(shè)的速度與質(zhì)量。受全球衛(wèi)星定位科技發(fā)展的影響，實(shí)時(shí)狀態(tài)下的地理位置定位技術(shù)具有便捷、快速以及實(shí)時(shí)性強(qiáng)等一系列優(yōu)勢(shì)。以全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)的靜態(tài)相對(duì)控制測(cè)量技術(shù)也有設(shè)點(diǎn)靈活、測(cè)量準(zhǔn)確迅速等優(yōu)勢(shì)。

2.1 靜態(tài)測(cè)量模式

目前，靜態(tài)控制測(cè)量技術(shù)已有快速靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)，與傳統(tǒng)的靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)相比，現(xiàn)階段的靜態(tài)定位技術(shù)能夠極大縮短測(cè)量過(guò)程中的觀測(cè)時(shí)間與人員，提高了工作效率。其主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：①地籍變更的測(cè)量：通過(guò)測(cè)量地籍來(lái)完成土地調(diào)查工作，快速靜態(tài)控制測(cè)量具有測(cè)量精度高與測(cè)量效率高的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于地籍測(cè)量工作；②在地質(zhì)測(cè)量中進(jìn)行控制網(wǎng)的布設(shè)：通常情況下在經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)，動(dòng)態(tài)控制測(cè)量方式難以發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，也無(wú)法達(dá)到測(cè)量要求精度，而靜態(tài)測(cè)量的方式能夠在達(dá)到精度要求的基礎(chǔ)上提高施工效率，因而在對(duì)礦山地質(zhì)中的布網(wǎng)測(cè)量也常用到快速靜態(tài)測(cè)量的方式。

但是該方式也有自身局限性，因?yàn)榭焖凫o態(tài)測(cè)量技術(shù)無(wú)法在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)獲取控制點(diǎn)處的坐標(biāo)，所以在測(cè)量過(guò)程中不能夠及時(shí)處理不合精度標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，便捷性與動(dòng)態(tài)控制測(cè)量技術(shù)相比也沒(méi)有特別明顯的優(yōu)勢(shì)，通常在礦山地質(zhì)較為復(fù)雜的地域被廣泛應(yīng)用。

2.2 動(dòng)態(tài)測(cè)量模式（RTK）

動(dòng)態(tài)控制測(cè)量技術(shù)憑借其測(cè)量快捷、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)被廣泛推廣與應(yīng)用。其中該技術(shù)通過(guò)構(gòu)建三維可視化的地理模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的測(cè)量與控制。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)通過(guò)對(duì)載波相位的觀測(cè)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)完成實(shí)時(shí)差分的GPS 控制測(cè)量，其優(yōu)勢(shì)具體體現(xiàn)在：對(duì)工作環(huán)境及條件的要求比較低，環(huán)境局限性小。適用場(chǎng)合廣泛，在無(wú)人干涉的情況下可以自主的完成多項(xiàng)任務(wù)的測(cè)量，減少測(cè)量工作中的人為誤差，確保了測(cè)量精度，坐標(biāo)生成的速度快，工作效率較高，因此該項(xiàng)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于國(guó)家與地形規(guī)劃、地質(zhì)資源管理和水利等工程項(xiàng)目中。其主要工作流程為：測(cè)量工作者在結(jié)束外業(yè)采集數(shù)據(jù)以后，應(yīng)把每天所獲取的第一手原始的出具傳送到相應(yīng)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)備電腦當(dāng)中，根據(jù)數(shù)據(jù)的處理需要來(lái)對(duì)控制點(diǎn)加以兩遍聯(lián)測(cè)，其坐標(biāo)與高程的誤差小于2cm、3cm，把與要求相符的控制點(diǎn)的坐標(biāo)求出平均值當(dāng)成最終坐標(biāo)，把其它的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上保存。在獲取到最后測(cè)繪的數(shù)據(jù)信息以后，需仔細(xì)核查所以測(cè)繪的數(shù)據(jù)信息，保證無(wú)誤以后加以測(cè)繪數(shù)據(jù)成圖的處理，主要有下面幾方面：①把RTK 與控制點(diǎn)有關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)信息導(dǎo)至CASS 的軟件當(dāng)中，生成dat 格式，逐漸將控制點(diǎn)展繪的工作完成。②用CASS 的軟件作平臺(tái)來(lái)加以碎步測(cè)量的處理，憑借外業(yè)輔助繪制出草圖，建立DWG 格式數(shù)字的地圖。③在相應(yīng)比例尺地形圖生成以后，抽檢測(cè)繪的成果，可選取測(cè)繪區(qū)里有著突出標(biāo)志的地貌與地形及地物加以檢測(cè)比較，如果檢測(cè)的結(jié)果可達(dá)到地形測(cè)繪精準(zhǔn)度的需要，表明此次測(cè)繪獲得的數(shù)據(jù)與地形圖可達(dá)到基本的要求。④在上面流程完成以后，測(cè)繪者對(duì)地形圖當(dāng)中還沒(méi)有表示出的地形點(diǎn)與地物加以查漏與補(bǔ)缺且對(duì)地形圖全方位加以修正、調(diào)整與完善[1]。

圖1 礦山地質(zhì)測(cè)量測(cè)繪圖形

綜上所述，靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的測(cè)量方式均有各自優(yōu)勢(shì)和自身所適用的領(lǐng)域范圍，所以在對(duì)測(cè)量方式進(jìn)行選擇時(shí)，要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，綜合考量，最終選用最佳測(cè)量方式，另一方面，各種測(cè)量方式也隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步在不斷改良，逐漸打破自身局限性拓寬應(yīng)用領(lǐng)域范圍。

3 GPS在地形測(cè)量中存在的問(wèn)題

GPS 技術(shù)目前在地形測(cè)量中有著廣泛的應(yīng)用,能夠有效解決由人工和機(jī)械不準(zhǔn)確的問(wèn)題,但其在碎步測(cè)量中的應(yīng)用仍然飽受質(zhì)疑。GPS 的地形測(cè)量要依賴于衛(wèi)星系統(tǒng)之間的相互轉(zhuǎn)換,所以為了取得精確的效果,我們要把GPS 點(diǎn)設(shè)置在信號(hào)不被干擾到的地方,同時(shí)保證我們的工作人員在測(cè)量過(guò)程當(dāng)中,保持絕對(duì)的嚴(yán)肅性,不能掉以輕心,選擇視野良好、空曠的地方作為觀測(cè)地點(diǎn)。

4 GPS技術(shù)發(fā)展完善及其便捷性

4.1 GPS 技術(shù)發(fā)展的未來(lái)趨勢(shì)

GPS 的控制測(cè)量技術(shù)一般被理解為涵蓋類型全面的一種信息地圖，這些管理地理位置的信息能夠在網(wǎng)絡(luò)上顯示，通過(guò)線下或線上對(duì)這些信息的數(shù)字化或模擬信息的收集將其轉(zhuǎn)換成實(shí)際需要的信號(hào)類型?？梢岳脭?shù)字化、遙感等方式獲得繪制電子地圖所需要的坐標(biāo)位置、地理信息等，快速準(zhǔn)確的進(jìn)行定位測(cè)量?，F(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ?、軍事行業(yè)以及商業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在所有的這些GPS 控制測(cè)量技術(shù)中，雖然動(dòng)態(tài)定位測(cè)量技術(shù)仍有目前無(wú)法解決的局限性，但是對(duì)該技術(shù)的不斷完善與發(fā)展也是一個(gè)趨勢(shì)。

現(xiàn)階段對(duì)于山區(qū)的復(fù)雜地形結(jié)構(gòu)，對(duì)其地形的測(cè)量工作主要是結(jié)合動(dòng)態(tài)、靜態(tài)GPS 控制測(cè)量技術(shù)，這樣才能最大程度的確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，無(wú)論測(cè)量技術(shù)如何發(fā)展，目前收集統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)參數(shù)必須真實(shí)有效，并隨著地理位置標(biāo)志的變化及時(shí)進(jìn)行更新，這樣才能夠?yàn)閯?dòng)態(tài)、靜態(tài)等控制測(cè)量方式提供科學(xué)有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.2 GPS 技術(shù)的便捷性

GPS 全球定位系統(tǒng)的迅猛發(fā)展極大便利了人們的日常生活與工作，同時(shí)也在很大程度上保障了我國(guó)國(guó)土安全。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：①測(cè)量迅速便捷，極大的提高了工作效率；②目前存在的技術(shù)幾乎能夠勝任任何一種情況下的測(cè)繪作業(yè)，實(shí)現(xiàn)各種測(cè)量要求；③能夠極大的減少人為誤差，確保測(cè)量的精度；④勞動(dòng)力投入與強(qiáng)度較傳統(tǒng)工作模式大大減小，降低了經(jīng)濟(jì)投入；⑤受環(huán)境的干擾小，工作條件簡(jiǎn)單[2]。

因此，GPS 全球定位技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用使得地理位置測(cè)量、確定以及其他相關(guān)信息的獲取成為一項(xiàng)非常便捷、可靠并且安全的工作，具有廣闊的應(yīng)用前景與拓寬發(fā)展的空間。

5 GPS的應(yīng)用前景

隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,GPS 已經(jīng)充分顯示了其在導(dǎo)航定位領(lǐng)域內(nèi)的霸主地位,并且由于它的出現(xiàn),而使許多行業(yè)對(duì)自身的發(fā)展和改革方面都邁出了堅(jiān)實(shí)的一步,實(shí)現(xiàn)了大跨越。就對(duì)我國(guó)而言,其在中國(guó)的發(fā)展勢(shì)頭極為迅猛,短短幾年就已從科研方面的專用固定模式中跳了出來(lái),以及快速的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，占領(lǐng)測(cè)量市場(chǎng),改變了人們的生活方式,提高了人們的生活水平,有力的推動(dòng)了我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

同時(shí),以下幾個(gè)方面突出的特別明顯:①在礦產(chǎn)的管理方面利用GPS 的定位功能,可對(duì)所管轄區(qū)內(nèi)的礦產(chǎn)資源作出準(zhǔn)確判斷和精準(zhǔn)定位,同時(shí)對(duì)礦產(chǎn)的邊界問(wèn)題作出判斷,避免日后的糾紛和矛盾的發(fā)生。②在地質(zhì)調(diào)查方面利用GPS 可以有效減少野外工作量,縮短繪圖周期,同時(shí)克服并改進(jìn)傳統(tǒng)方法中的缺點(diǎn),增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的共享性,能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行有效的二次利用。③在遇到地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)候,GPS 可在全球范圍內(nèi)的監(jiān)視和板塊運(yùn)動(dòng)的方面發(fā)揮巨大的優(yōu)勢(shì),利用GPS 全天候連續(xù)不斷的監(jiān)視的特點(diǎn)做地質(zhì)災(zāi)害報(bào)告[3]。

6 結(jié)束語(yǔ)

伴隨科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，GPS 測(cè)量這一技術(shù)正不斷得以創(chuàng)新和改善，于地形測(cè)量當(dāng)中的應(yīng)用亦愈發(fā)關(guān)鍵。為了確保測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)的程度，在使用GPS 地形的測(cè)量時(shí)，有關(guān)的操作者不僅需按照所測(cè)地形切實(shí)的狀況來(lái)布設(shè)控制的網(wǎng)點(diǎn)，而且還需嚴(yán)格按照應(yīng)用GPS 進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)相關(guān)需要來(lái)開展工作。經(jīng)使用GPS 測(cè)量的方法來(lái)開展地形的測(cè)量，能有效推動(dòng)我國(guó)地形測(cè)量的事業(yè)獲得進(jìn)一步的發(fā)展。