GPS在地形測量中的應用

一、概述

GPS全球定位系統由空間衛星群和地面監控系統兩大部分組成，測量用戶還應有衛星接收設備。

(1) 空間衛星群:GPS的空間衛星群由24顆高約20萬公里的GPS衛星群組成，均勻分布在6個軌道面上，各平面之間交角為600，軌道和地球、赤道的傾角為550，衛星的軌道運行周期為11小時58分，可以保證在任何時間、任何地點地平線以上接收4到11顆GPS衛星發送出的信號。

(2) GPS地面控制系統:GPS地面監控系統包括1個主控站、3個注入站和5個監測站。主控站的作用是根據各監控站對GPS的觀測數據計算衛星的星歷和衛星中的改正參數等，并將這些數據通過注入站注入到衛星中去;同時還對衛星進行控制，向衛星發布指令，調度備用衛星等。監控站的作用是接收衛星信號，監測衛星工作狀態。注入站的作用是將主控站計算的數據注入到衛星中去。GPS地面控制系統主要設立在大西洋、印度洋、太平洋和美國本土。

(3) GPS衛星接收設備:由GPS接收機、數據處理軟件及相應的用戶設備如計算機、氣象儀等組成，其作用是接收GPS衛星發出的信號，利用信號進行導航定位等。

二、RTK的作用

RTK(Real Time Kinematic)技術又稱載波相位差分技術，是實時處理2個測站載波相位觀測量的差分方法。載波相位差分方法分為兩類，一類是修正法，另一類是差分法。所謂修正法，即將基準站的載波相位修正值發送給用戶，改正用戶接收到的載波相位，再解求坐標。所謂差分法，是將基準站采集的載波相位發送給用戶，進行求差解算坐標。可見，修正法屬準RTK，差分法為真正的RTK。RTK技術也同樣受到基準站至用戶距離的限制。為解決此問題，發展成局部區域差分和廣域差分定位技術。通常把一般差分定位系統叫DGPS，局部區域差分定位系統叫LADGPS，廣域差分系統叫WADGPS。

(1) 應用RTK技術進行定位時，要求基準站接收機實時地把觀測數據(如偽距或相伴觀測值)及已知數據(如基準點坐標)實時傳輸給流動站GPS接收機，流動站快速求解整周模糊度，在觀測到4顆衛星后，可以實時地求解出厘米級的流動站動態位置。這比起GPS靜態、快速靜態定位需要事后處理來說，其定位效率會大大提高。故RTK技術的出現和在測量中的應用受到人們的重視和青睞。

(2) 地形測圖一般是首先根據控制點加密圖根控制點，然后在圖根控制點上用經緯儀測圖法或平板儀測圖法測繪地形圖。近幾年發展到用全站儀和電子手簿采用地物編碼的方法，利用測圖軟件測繪地形圖。但都要求測站點與被測的周圍地物地貌等碎部點之間的通視，而且至少要求2~3人操作。采用RTK技術進行測圖時，僅需1人背著儀器在要測的碎部點上呆上1~2秒鐘并同時輸入特征編碼，通過電子手簿或便攜微機記錄，在點位精度合乎要求的情況下，把1個區域內的地形地物點位測定后回到室內或野外，由專業測圖軟件可以輸出所要求的地形圖。用RTK技術測定點不要求點間通規，僅需1人操作，便可完成測圖工作。

三、測量中動態和靜態

GPS測量分為動態和靜態，動態GPS測量主要應用于礦山和公路的放樣及碎部點的采集;而靜態GPS測量主要應用于工程建設的控制階段。(1)應用GPS定位技術建立平面控制網，不僅具有精度高、工期短和費用省的優點，而且由于GPS測量本身的特點，網形構造簡單，點的疏密和邊長的長短都可適當選取，這樣在建立城市控制網時，即使離國家三角點較遠，仍可進行連接，并進行控制網的定位和定向。另外，還可以解決常規測量中點位之間無法通視的困難，選點靈活，不需要高標，同時還可解決外業施測受天氣影響的困難。因此，應用GPS技術建立平面控制網的方法值得推廣。(2)由于GPS測量技術要求高，作業周期短，并且要求有幾臺接收入機同時作業，因此要保證作業的高精度必須在作業前有周密的計劃，如在GPS測量觀測計劃中，每點觀測次數盡量保證在2次以上，臨近點基本都用直接觀測基線向量相連，網的邊緣點盡量與內部點同步觀測;外業觀測時段、觀測時間的選取及觀測數據必須每天傳輸存盤等。(3)基線解算及工作質量評定直接影響到GPS網的精度，所以應認真做好當天的基線解算工作及閉合差(同步環、異步環)和復測基線較差的統計工作，正確篩選合格基線。對于不合格基線要及時采取措施解決或重新測量，這對保證觀測精度，提高工作效率是至關重要的。

(作者單位 洛鉬集團礦山公司)

編輯/卞瑞鶴