談數字化地形圖測量中GPS 技術的應用

高化奎

深圳市藍天鶴測繪有限公司 廣東深圳 518031

摘要：近年來GPS系統的建立為工程測繪工作提供了一個嶄新的定位測量手段。GPS定位技術具有精度高、速度快、成本低的顯著優點，廣泛在工程地形測量項目中應用。本文就數字化地形圖測量中GPS 技術的應用。

關鍵詞：地形測量；GPS技術

前言

如今數字化地形測量在工程建設中的應用越來越廣泛，具有了極大地重要性，近年來相關測繪技術不斷發展并廣泛應用于地形測量中，為地形測量的準確性和科學性提供了保障，現通過對GPS技術在數字化地形測量中的應用進行研究分析，為數字化地形圖測量提供相關實踐理論參考。

1數字化地形測量概述

隨著測繪技術的飛速發展，GPS+全站儀+計算機的全數字化地形測量模式逐步成熟并基本普及，這種模式正在替代而且必將完全替代傳統的大平板儀地形測量，成為地形測量的主流模式；另一方面，地形測量模式的更新又將對測繪單位儀器設備、人員素質、管理方式、作業組織等產生一系列的影響。

數字化地形測量的生產工序可概括為兩個環節：一是控制測量與計算機輔助平差計算；二是碎部數據采集與軟件編圖成圖。兩個環節間以數據傳輸為紐帶，即可平行施工又可順序施工，與傳統地形測量相比，壓縮了大量的中間生產環節。

2GPS 數據處理

GPS數據處理要從原始的觀測值出發得到最終的測量定位成果，其數據處理過程大致分為GPS測量數據的基線向量解算、GPS基線向量網平差以及GPS網平差或與地面網聯合平差等幾個階段。數據處理的基本流程：數據采集、數據傳輸、預處理、基線解算、GPS網平差。

2.1GPS網技術設計

GPS技術分為外業施測和內業數據處理兩部分工作。外業施測是內業工作的數據來源，也是整個GPS技術工作的基礎。如何作好GPS野外作業，對確保GPS外業觀測數據質量，提高整個GPS技術的成果精度，顯得尤為重要。

（1）GPS測量精度標準及分類

對于各類GPS網的精度設計主要取決于網的用途。用于地殼形變及國家基本大地測量的GPS網可參照《規范》中的A、B級精度分級；用于城市或工程的GPS網可根據相鄰點的平均距離和精度參照《規程》中的二、三、四等和一、二級精度分級，見表1。在具體布設中，可以分級布設，也可以越級布設。

各等級GPS相鄰點間的弦長精度用下式表示

（1）

式中，σ為GPS基線向量的弦長中誤差（mm）；a為GPS接收機標稱精度中的固定誤差；b為GPS接收機標稱精度中的比例誤差系數；d為GPS網中相鄰點間的距離。

表1 GPS測量精度分級

等級 平均距離/km a/mm b/（10-6D） 最弱邊相對中誤差

二 9 ﹤10 ﹤2 1/120000

三 5 ﹤10 ﹤5 1/80000

四 2 ﹤10 ﹤10 1/45000

一級 1 ﹤10 ﹤10 1/20000

二級 ﹤1 ﹤15 ﹤20 1/10000

（2）GPS點的密度標準

各種不同的任務要求和服務對象，對GPS點的分布要求也不同。現行規范對GPS網中兩相鄰點間的距離、各等級GPS網相鄰點的平均距離視其需要也做出規定。

2.2 外業數據采集

利用RTK進行數字化測圖的基本步驟是先控制測量，然后利用RTK測量圖根點，再利用全站儀測量碎步點，再進行數字化成圖。或者是先控制測量，然后直接利用RTK測量碎部點，再進行數字化成圖。作業過程主要包括外業數據采集和內業數據處理，外業數據采集包括控制測量和碎部測量兩部分，內業主要包括GPS數據處理和數字化地圖編輯。

3 實例分析

3.1 測區概況

測區為某廠房，中心地理坐標已確定，在測區內以一個四等GPS點為起算點。為了對該測區10km2進行1：500的地形圖測量，布設了一級控制網。

3.2 GPS網控制測量

根據工程測量設計及規范要求進行較高精度的測量；本次平面控制采用采用Trimble雙頻GPS接收機衛星定位測量方法聯測國家高等級控制點，沿測區布設一級GPS控制網進行首級控制。利用GPS建立一級控制點，每時段采集數據前，作業員量取天線高，記錄此時段的接收衛星數、故障情況；一個時段觀測過程中無關閉接收機重新啟動、進行接收機初始化、改變數據采集間隔、改變天線位置；觀測員在作業期間未擅自離開測站，并應防止儀器受震動和被移動，防止人和其他物體靠近儀器、以免遮擋衛星信號；觀測時無人在接收機旁使用手機和對講機，避免了干擾衛星信號；在觀測過程中應保證接收機正常工作，數據記錄正確，觀測結束后，在GPS手簿中輸入這些點的WGS-84坐標和地方坐標，手簿內置軟件會自動計算控制點的坐標轉換參數。為了提高精度，將天線設置在對點器上，設置好天線高、基準站點坐標、坐標轉換參數、預設精度指標等參數，觀測控制網和數據。平差后得該控制網平差成果表，見表2。

表2 1985國家基準高程

序號 點名 坐標X 坐標Y 高程Z 備注

1 A001 2932416.214 525697.499 283.641 已知點

2 A002 2932239.012 525626.049 282.889 已知點

3 A003 2932167.997 523983.824 324.477 已知點

4 A004 2932456.365 523711.633 367.592 一級水準聯測

5 A005 2932838.588 522887.873 360.895 一級水準聯測

6 A006 2932416.214 522306.646 392.566 一級水準聯測

7 MZ01 2933390.694 523716.730 366.346 一級水準聯測

用GPSRTK布設圖根點，根據《工程測量規范》圖根點的精度相對于鄰近等級控制點的點位中誤差不應大于圖上0.1mm；高程的中誤差，不應大于測圖基本等高距的1/10；用實時GPSRTK來布設圖根點，并可以得出，RTK的測量精度完全能夠達到一級導線網的測量。在RTK精度檢查完畢后，再開始測量圖根點，測得部分圖根控制點坐標成果，見表3。

表3 圖根點控制成果表

點號 縱坐標X 橫坐標Y RTK觀測值（高程）

1 2 932 514.354 525 431.717 284.013

2 2 932 280.543 525 417.608 297.356

3 2 932 743.156 523 852.571 310.814

4 2 932 831.211 523 649.837 334.109

5 2 932 997.181 523 384.109 327.218

6 2 932 596.289 524 964.192 358.156

7 2 933 184.116 522 753.315 342.773

8 2 933 252.232 525 146.869 311.255

9 2 932 846.547 523 153.112 338.227

10 2 932 753.734 524 711.166 319.698

3.31：500地形圖碎部測量

由于測區范圍較大，工期短，在野外數據采集時用采用萊卡TCR302全站儀和Trimble雙頻GPS接收機同時對測區進行野外數據采集。使用全站儀及GPSRTK在野外采集數據十分快捷方便。在數據采集以前要作好點矯正、建立文件等準備工作，架設好基準站以后要檢測流動站測點是否準確，然后就可以開始進行碎部點的測量采集了。在碎部點的采集過程中應盡量保證采點均勻，重復點盡量減少，否則會影響DTM的建立，不利于成圖。在野外工作時，要及時將特殊地物等特征點的位置作記錄，并畫好草圖，方便以后電子地圖的勾勒。此外，在使用GPS—RTK作業時一定要注意衛星數目不小于4顆。

3.4內業數據處理與成圖

成圖過程：首先將RTK數據用傳輸軟件保存到電腦上，用轉換軟件將其轉化DAT文件。下一步展野外高程點，將點展入CASS7.0軟件，可以將一些重復或者沒有用的點刪除，然后建立DTM，（考慮有圖面建立DTM會有數據丟失，一般由文件建立）完成后可以將不合理的三角形過濾刪除，就可以繪制等高線成圖了，其中擬合步長應比較小，一般為2米。其中地物可以在展點以后勾勒，也可以將原來的地物圖用插入圖塊命令加入。對不正確的線用APPLOAD—GAILINE命令修改比較方便，再標注高程注記，最后加入圖框，完成以后把一些不需要的線刪除，一副圖就完成了。

3.5 精度分析

廠房GPS測量地形圖的精度分析采用的是南方測繪GPS數據處理軟件，將廠房控制點導入南方測繪GPS數據處理軟件，所得GPS網平差結果如下。

GPS網平差結果：環閉合差中包括所有基線的解算；閉合環最大節點數3；閉合環總數17；同步環總數7；異步環總數10。

使用環閉合差中為剔除不參與平差的基線（包括自動剔除和人工剔除）后的基線組成的環的情況。

控制網限差情況：網平均邊長1574m，限差1.0cm。相鄰點最小距離為平均距離的1/2～1/3，最大邊長限差一般是網平均邊長限差的2～3倍，網最大邊長2270.4m，網最小邊長191.1m，邊長不滿足要求。同步環全長相對閉合差限差15.00×10-6；同步環坐標分量相對閉合差限差9.00×10-6；閉合環最大節點數3；閉合環總數9；同步環總數4；異步環總數5。

4.結語

總之，GPS技術是集計算機、衛星、微電子等現代技術的綜合產物，以其高精度、高效率、全天候的優點被廣泛應用到測量生產單位中，GPS技術的出現與不斷完善將會進一步推進地形測量技術的改進，完善和豐富地形測量方法，為建筑工程提供技術保證。

參考文獻：

[1]李軍、王卓.論 GPS 技術在數字化地形測量中的應用[J].民營科技.2010（03）.

[2]劉興勝、樊小平.數字化地形測量中容易出現的問題及解決問題的建議[J].西部探礦工程.2006（10）.