淺談GPS技術在數字化地形測量中的應用

黎飛

摘 要：本文首先分析了地形測量中GPS技術的作業原理，然后論述了GPS地形測量的優點，最后概述了GPS技術在數字化地形測量相關技術中的應用，希望能給地形測量提供一些有用參考。

關鍵詞：GPS；數字化；地形測量；基準站；布網

地形測圖是為城市、礦區以及為各種工程提供不同比例尺的地形圖，以滿足城鎮規劃和各種經濟建設的需要。GPS新技術的出現，可以高精度并快速地測定各級控制點的坐標。隨著GPS定位技術的迅速發展，GPS逐漸向常規測量領域邁進，應用于各種工程測量當中。

一、GPS技術應用于地形測量的作業原理

實時動態GPS測量系統由三部分組成：GPS信號接收部分（即GPS傳感器及天線）、實時數據傳輸部分（即數據鏈，俗稱電臺）和實時數據處彈部分（即GPS控制器及其內裝的實時數據處理軟件）。

外業作業時，一套實時測量系統充當參考站，設置在精確未知84坐標的周定點上，參考站在接收GPS信號并進行載波相位和偽距測量的同時，通過數鋸鏈實時將參考站的精確坐標、觀測值、衛星跟蹤狀態以及參考站的工作狀態發送出去。參考站由一人作業，實時觀察參考站的工作狀態，以確保參考站的工作正常。若出現問題應利用對講機及時聯系。另外一套或若干套實時測量系統當流動站，采用背負方式由兩人作業，一人作業，一人及時畫出草圖（點位的連線關系應盡量詳細）。大大降地了人力投入，提高了工作效率，并為內業成圖贏得了充足的時間，保證整個工程項目的順利完成。流動站在接收GPS衛星信號并進行載波相位和偽距測量的同時，還通過數據鏈及時接收來自參考站的觀測值和其它數據。利用GPS控制器內置商用實時處理軟件，實時地解算出參考站至流動站間的基線向量和流動站的點位坐標。如果需要及時輸出北京54坐標系統中的坐標或進行數據后處理時，應該定義一組坐標轉換參數，在室內正確設置儀器參數。

二、GPS用于數字化地形測量的優點

（一）快速度、高效率

GPS測圖不受通視條件和視距限制，省去了遷站時儀器搬動的煩惱，擴大了作業半徑，節約了大量非測圖時間，作業人員可一心一意跑點、編碼。

（二）精度高且精度分布均勻

GPS測圖省去了中間環節，提高了測圖精度，其測圖時碎部點的誤差是隨即產生的，不會產生誤差不均勻的情況。

（三）測量范圍廣

GPS技術由于由高策低，測量范圍可以很大。可按需布設控制網，簡化加密級別，省去聯測過渡點。

（四）觀測自動化程度高

外業用電鈕操作，內業用計算機處理數據，作業時間短，效率高。

（五）全天候觀測作業

星座布置完成后，可24h觀測，在雨、霧、雪等條件下亦可全天候作業。

三、GPS技術在數字化地形測量相關技術中的應用

（一）準備工作

測量前必須要實地了解測區情況（如點位情況、交通狀況等），還需要了解衛星狀況的預報評估障礙物對GPS觀測可能產生的不良影響。最后依據測點的衛星狀況，根據測量作業的要求以及測區的實際情況確定出具體的布網和作業方案。首先是完成控制點的選取和GPS網的布設，然后在此基礎上來進行靜態控制測量。在進行GPS定位時，接收機的天線在整個觀測過程中的位置是保持不變的。在數據處理時，將接收機天線的位置作為一個不隨時間的改變而改變的量。其具體觀測模式多臺接收機在不同的測站上進行靜止同步觀測，時間由幾分鐘，幾小時，甚至數十小時不等。接收機測得衛星發送的偽距，載波相位等信號的觀測值，再將觀測值下載到計算機中處理，一般要通過基線處理，網平差，坐標轉換和高程轉換求出高精度網點坐標。在測量中，靜態定位測量方式一般用于高精度測量定位，如主要用于各種等級的大地測量跟蹤網、基準網、工程控制網，變形監測網等的測量。

（二）基準站選點，埋石

a、基準點應盡可能選擇在交通便利，便于安置接受設備和便于操作的地方。所建造之點應便于保存。

b、選點時如無法避開成片植物，應在測量前將基準點150以上部分植物砍去。點位應盡量遠離高大建筑物和成片水域地區。

c、在基準點200 1T1范圍內應無大小功率無線電發射設施，及高壓輸變電線路及設備。

d、基準站的間距須考慮GPS電臺的功率和覆蓋能力，應盡量布設在測區內相對較高的突出位置上，以獲得最大的數據通訊有效半徑，從而減少基準點的個數。

e、埋石應視測區未來對點位的要求而定。

（三）布網

GPS布網方案主要取決于工程的具體要求、經費、時間、人力消耗及接收機的數量和后勤保障條件等，在確定布網方案時，應在滿足精度要求的前提下，盡可能降低消耗。GPS網一般采用較多的異步閉合環，這就要求接收機多次重復設站，但受交通工具和通迅手段的限制，往往會給實際操作帶來很大困難。而且GPS網中的異步環對提高網平差精度起不到決定性作用，僅能起到多余觀測的作用，是剔除粗差的有效手段，但施測中每增加一個環就會增加一次重復設站，就會消耗大量的時間和人力。由于起始點對網平差影響較大，所以在GPS布網時盡量使起始點間形成異步環，其它各點根據實際情況而定，不必一定在異步環中，以節省時間和人力，提高外業工作效率。GPS基線向量的布網形式。GPS網常用的布網形式有以下幾種：跟蹤站式、會戰式、多基準站式（樞紐點式）、同步圖形擴展式，單基準站式。

（四）外業觀測

完成了GPS點的選取和網的設計，就可以開始進行外業觀測和數據的采集。

（五）數據處理

采集的數據均由徠卡公司提供的與徠卡1200配套的LGO處理軟件來處理。由于EGO是一個自動化很強的處理軟件，因此用它處理時人工干預很少。對于某些點位的衛星不多、遮擋過多衛星信號時常出現短線情況，這種情況下在做網平差，基線處理時必須稍加干預。在處理這種情況時要注意分析基線的雙差殘差，觀察是哪顆衛星何時的數據超出了誤差的限值，如果某個衛星某個時段的雙差殘差較大，則要在點的衛星窗口里面去除這顆衛星或者是這顆衛星的某個時段，然后再進行處理。如此反復達到要求為止。

（六）基準站設置

a、輸入正確的基準站WGS一84坐標，及準確的儀器高。

b、選擇GPS模式的發射差分數據。

c、選擇恰當的波特率。

（七）流動站設置及轉換參數求解

利用電子手簿輸入正確的流動站高度，同時輸入其它基準站點的WGS一84坐標，聯測已知控制點，解算轉換數據并接收，確定。

（八）碎步測量

完成以上工作后，即可將流動站置于地物地貌特征點上進行碎步測量，每個碎步的測量時間2～3S。碎部點密度應滿足相關規范要求。

（九）繪制地形圖

打開CASS9.0改變圖式比例尺為所需比例尺，啟用展點命令，將上述數據文件名輸入，然后根據外業所繪草圖，人機交互編輯，連線。將野外測點按CASS9.0提供的圖式符號庫連線后對于一些與地形圖規范要求有差別的地方須作編輯處理。

參考文獻：

[1]孟繼紅，何秀珍.數字化地形測量的幾個問題探討[J].地礦測繪，2005，3.

[2]劉慧.論GPS在公路工程測量中的應用[J].科技咨詢導報，2007.5.