GPS測量運用方法探討

劉家才

摘要:GPS測量作為先進的測繪技術,以其精度高、速度快、操作簡便,在測量生產中發揮著日益廣泛和重要的作用。文章結合南方GPS靈銳S82的觀測實踐,就GPS控制測量、放線和測圖進行探討。

關鍵詞:GPS測量

1 引言

GPS(The Global Position System)測量作為先進的測繪技術,在眾多測量生產中發揮著日益廣泛和重要的作用。GPS測量具有精度高、速度快、全天候、操作簡便的優點,大大提高了測繪工作效率,新一代測量型GPS接收機可具備跟蹤多種衛星信號的能力,在惡劣的接受環境下,能接收俄羅斯的GLONASS信號,其觀測數據與GPS數據相結合,為定位解算提供更多的衛星信息,增強了定位時衛星空間分布的數量及圖形結構,提高定位的可靠性。

2 GPS控制網的布設及外業觀測

2.1 GPS控制網的布設要求

2.1.1 GPS控制網中作為起算點的高級控制點不得少于2個,宜用第3個已知點作校核,并應均勻分布,使之與待定點構成閉合環。

2.1.2 GPS控制網宜在測區內布設成由獨立基線構成的多邊網或附合路線。GPS基線構成的最簡獨立閉合環或附合路線的邊數,一級網不應多于8條,其余等級網不應多于10條。沒有包括在最簡閉合環或附合路線中的觀測基線,應進行重復觀測。

2.1.3 當用GPS-RTK方法加密圖根點時,應先在已知點上進行精度測試對比,在每個加密點上的觀測時間不得少于5s,其定位精度應符合圖根網的精度要求,且不能再用于發展控制點。

2.2 GPS控制網的布設形式

GPS控制網的布設方法和形式包括點連式、邊連式、網連式。其中在精度要求不太高的情況下布設點、邊混連式GPS網,在某些精度要求較高的情況下布設成邊、網連式GPS網。不同的布設方法其特點也各不相同。

2.2.1 點連式GPS網。若相鄰同步環之間僅有一個公共點相連接成GPS網,則稱之為點連式GPS網。以這種方式構成的GPS網,沒有異步閉合環,網機構的幾何強度較差,發現粗差的能力較差。但它具有最少的觀測時段數,工作量也較小,獲得的成果快。若對控制點的精度要求不太高,觀測時選取有利觀測時間,一、二級網、圖根點可采用點連式布網方式。

2.2.2 邊連式GPS網。邊連式的GPS網是指同步圖形之間要一條公共基線相連接。以這種方式布點所構成的GPS網具有大量的實測基線,可以構成較多的異步閉合環。檢查各種閉合差的大小,可以判別觀測中是否存在粗差,因此,這樣的網具有較高的可靠性。但是,就相同臺數的接收機而言,觀測時段將比點連式GPS網增加許多,且隨網中的點數增加,時段數也大幅增多,作業觀測量較大。由于邊連式GPS網有較好的幾何強度和較高的可靠性,在精度要求較高時,如四等網可采用這種方式。

2.2.3 點邊混連式GPS網。點邊混連式GPS網,是指在布設網時把點連式與邊連式有機的結合起來,構成混連式GPS網。這種布設方式有一定多余觀測基線數,使圖形呈封閉狀,保證了網結構的幾何強度,提高了GPS網的可靠性。同時,外業觀測量又比邊連式GPS網有了較大的減少,在普通工程控制網可采用此布網方式。

2.3 GPS控制網的觀測

GPS控制網的外業觀測采用靜態和快速靜態兩種模式,建立四等以上的工程控制網時,需采用靜態定位,一、二級采用快速靜態模式定位。靜態模式觀測需要投入3臺以上GPS接受機,其中2臺安置在已知高等級控制點上,1臺安置在待測控制點上,安置儀器用腳架固定,準確對點后同時開機,并設置成靜態模式,觀測40～45分鐘即完成一個點的定位。接下來始終保持2臺接收機固定不動,其中1臺關機并移動到下一個點安置,開機后繼續觀測,以此類推,每次觀測時間都應達到40～45分鐘。當然,如果有4臺接收機,就可以同時移動2臺,一次完成2個控制點的觀測。

3 GPS放樣的基本方法

3.1 GPS放樣的基本方法

先把放樣坐標以GPS所識別的格式導入電子手薄,并認真檢查;在放線之前對GPS儀器進行校正,如南方GPS靈銳S82,分為基站和移動站,基站每移動一次都要進行單點校正,最后在對其相應的數據放線。

3.2 提高效率和精度的做法

影響放線速度和精度的地面因素可能是基站附近有高大建筑物、高大密林、高壓線、高功率信號塔等,在GPS測量中,提高效率和精度最為簡單做法就是把基站架于地勢高、視野開闊有良好覆蓋區域地方,移動站盡可能保持對中桿垂直。

4 GPS-RTK測圖方法

4.1 GPS-RTK測圖基本方法

GPS-RTK方法測圖操作簡便、作業速度快、定位靈活,可在不通視的條件下遠距離快速測量定位,而且需要的測量人員少,能夠極大的提高工作效率。GPS-RTK測圖的作業流程:在已知點上安裝好基準站并校好流動站,流動站GPS接收機安裝在對中桿上,開啟基準站,發射RTK信號,然后打開GPS流動站,在已知控制點上作對比測量,對比測量準確無誤后,直接到地形特征點進行測量作業。在采集碎部點坐標時,要實地畫地形草圖,并記錄觀測點號。內業作業時,把觀測坐標的數據文件轉換為數字成圖軟件所需求的坐標文件格式輸入計算機,結合野外現場所繪的草圖,進行測點連線,最終形成電子圖。根據三年來的使用和對比,GPS-RTK的平面和高程精度在使用環境好的地方,精度是能滿足測圖要求的。

4.2 GPS-RTK測圖與常規儀器測圖比較

GPS-RTK方法測圖具有明顯的優勢,是測繪外業作業的理想選擇。而常規儀器測圖主要是人員配備多,數據采集受點間通視限制,搬站次數多,工作效率難以提高。例如采用全站儀測記法施測時,作業人員一般需要3人,觀測員1人,領尺員1人,跑尺員1人。領尺員熟練計算機繪圖,是核心成員,負責野外畫草圖和內業成圖。測圖過程中,測站與測點作業人員必須保持聯絡,使測站人員輸入全站儀的點號、屬性、鏡高與測點一致,與繪草圖的標注一致。一個測站觀測的范圍相對較小,如果測站與測點不通視,又要搬站,多次搬站會帶來測量累計誤差。

GPS-RTK方法測圖的優點:例如南方GPS靈銳S82,只要1人作業,在地物、地貌等碎部點停留一二秒鐘,輸入地形特征編碼,就可以現場通過電子手簿編繪、檢查地形圖,經過專門的成圖軟件對野外數據進行處理,就可以輸出所需要的地形圖。同時GPS-RTK方法測量精度高,數據處理能力強,沒有誤差積累,只要滿足GPS的正常工作要求,保持合理的作業半徑范圍,測圖精度可以達到厘米級。

5 GPS在測量工作中的問題與探討

GPS測量以其靈活、實時和高效率的作業特點,在控制測量、地形測量、地籍測、工程放樣等各種測繪中得到應用,但是,在野外作業時也會遇到一些問題,適時處理出現的問題,才能保障工作正常進行。①衛星空間分布問題,衛星系統分布位置有些時段處于地平線附近,高度角小,不能形成很好的覆蓋,不僅影響觀測精度,作業等待時間也長。提高查閱衛星分布圖,選擇最佳作業時間,特別應錯開正午時段。②數據鏈傳輸問題,在實際測區內不可避免會有高大樹木和建筑等障礙物,這時采集的數據將會出現很大誤差,解決信號障礙問題的辦法是盡量把基準站設置在測區中央的最高處。局部隱蔽地段采用全站儀器配合作業。③其它問題,如GPS測量精度和穩定性問題,受到儀器品牌、數據處理軟件系統、操作是否嚴格規范等影響,有時還受AS(反電子欺騙政策)干擾。因此在前期控制網測量時適當多布設控制點,適時進行校核,評價測量精度。

參考文獻

[1]周忠謨,易杰軍.《GPS衛星測量原理與應用》.北京:測繪出版社,1999年第1版.

[2]徐宇飛.《數字測圖技術》.河南:黃河水利出版社,2005年第1版.