試析工程測繪中GPS測繪技術(shù)的應(yīng)用

侯建光+李思亮

摘 要：GPS測繪技術(shù)在工程測繪中非常的常見，可以有效的提高工程測繪的準(zhǔn)確性以及工作的效率，文章就GPS測繪技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行簡單的介紹，結(jié)合工程實(shí)例，重點(diǎn)分析該技術(shù)在工程測繪中的實(shí)踐應(yīng)用問題。

關(guān)鍵詞：GPS測繪技術(shù)；工程測繪；實(shí)踐應(yīng)用

長期以來工程測繪中都是采用常規(guī)的測距、測角、測水準(zhǔn)的地面定位技術(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS測繪技術(shù)蓬勃興起，它具有定位精度高、測繪速度快等優(yōu)點(diǎn)，在工程測繪中應(yīng)用十分普遍，為測繪工作的開展提供了新的技術(shù)手段。

1 GPS技術(shù)特點(diǎn)

GPS是美國國防部最初為了軍事需用顏值出來的一種全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，GPS技術(shù)主要的工作原理是將GPS接收機(jī)設(shè)置在某一個(gè)位置，將GPS衛(wèi)星看做飛行控制點(diǎn)，通過測量星站距離，利用空間距離后交會(huì)的方法，就可以確定接收機(jī)所處的空間位置。GPS技術(shù)具有高精度、全天候、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。工程測繪中，將GPS技術(shù)與其他的測繪技術(shù)結(jié)合起來，能夠有效的提高工程測繪的自動(dòng)化及集成化成都，簡化工程測繪操作過程，近年來，隨著有關(guān)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，GPS技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于礦山工程測繪、建筑工程測繪、地質(zhì)資源勘探等領(lǐng)域之中，文章結(jié)合某地區(qū)地下水資源普查工程就GPS測繪技術(shù)在工程測繪中的實(shí)踐應(yīng)用問題進(jìn)行簡要的分析概述。

2 GPS技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用

1.1 工程概況

某鎮(zhèn)的水資源普查項(xiàng)目中，一共設(shè)置D級(jí)控制點(diǎn)8個(gè)，工程點(diǎn)測量86個(gè)，工作區(qū)與外界交通比較方便。就地形地貌條件來說，整個(gè)工作區(qū)的標(biāo)高在850～1200m之間，整體地勢(shì)南高北低、東高西低，中部為沖積平原，標(biāo)高在850～910m左右，總體來說地勢(shì)比較平坦，坡降在2.5‰～3.0‰左右。整個(gè)工作區(qū)位于中緯度內(nèi)陸地區(qū)，屬于半干旱大陸氣候及中溫帶干旱氣候，年平均氣溫比較低，降水量在1769.0mm左右，大多集中在6～8月份。整個(gè)區(qū)域內(nèi)有一條較大的內(nèi)陸河，全場在150km左右，整個(gè)河流呈現(xiàn)蛇曲狀，切割深度在1～3左右，河床底部為松散的砂層，部分地區(qū)河床已經(jīng)干涸，河流轉(zhuǎn)化為地下水。其余地區(qū)零星分布有幾個(gè)面積在1km2以下的湖泊。

1.2 控制測量布網(wǎng)方案

（1）平面及高程控制

整個(gè)測區(qū)的首級(jí)平面控制采用D級(jí)GPS網(wǎng)，布設(shè)是采用線形鎖形式，GPS接收機(jī)選擇南方9600單頻GPS接收機(jī)，整個(gè)控制網(wǎng)布設(shè)過程中要保證圖形幾何結(jié)構(gòu)比較強(qiáng)，具有良好的約束力及自檢能力。控制網(wǎng)平面采用的是1954年北京坐標(biāo)系，高程采用的是國家高層基準(zhǔn)。平面及高程控制起算點(diǎn)選擇國家二等以上三角點(diǎn)，聯(lián)測點(diǎn)的個(gè)數(shù)要超過3個(gè)。

（2）選點(diǎn)

利用GPS技術(shù)進(jìn)行測繪時(shí)，觀測站站點(diǎn)之間不需要相互通視，對(duì)于觀測網(wǎng)圖形結(jié)構(gòu)要求不太嚴(yán)格，與常規(guī)控制測量方式相比，選點(diǎn)更加的簡便。點(diǎn)位的選擇直接影響著后續(xù)測繪工作，選點(diǎn)工作之前，測繪人員需要詳細(xì)的了解整個(gè)測區(qū)的地理地形情況，原有的測量控制點(diǎn)分布情況等，點(diǎn)位選擇時(shí)要注意以下問題：點(diǎn)位應(yīng)選擇在視野開闊，方便安裝接收設(shè)備的位置；點(diǎn)位目標(biāo)要盡可能顯著，以免衛(wèi)星信號(hào)被障礙物吸收或者遮擋；為了避免衛(wèi)星信號(hào)被干擾，點(diǎn)位要遠(yuǎn)離高壓輸電線、微波無線電傳送綬道、大功率無線電發(fā)射源等；大面積水域會(huì)干擾到衛(wèi)星信號(hào)的接收；地面基礎(chǔ)要比較穩(wěn)定，要方便點(diǎn)位保存。本次測繪工作共選擇了7個(gè)GPS測點(diǎn)，為了能夠精確的標(biāo)志點(diǎn)位，需要在各點(diǎn)位埋設(shè)具有中心標(biāo)志的標(biāo)石。

（3）觀測作業(yè)

外業(yè)觀測工作中，需要詳細(xì)記錄測量有關(guān)的信息資料。接收機(jī)啟動(dòng)前以及觀測過程中，觀測者要隨時(shí)填寫觀測時(shí)發(fā)生的一些重要的問題，包括問題出現(xiàn)時(shí)間、處理方法等。利用接收機(jī)進(jìn)行靜態(tài)作業(yè)時(shí)要注意，衛(wèi)星截止高度角應(yīng)控制在15°左右，有效觀測的衛(wèi)星個(gè)數(shù)應(yīng)在4個(gè)以上，采樣時(shí)段長度應(yīng)超過45min，采樣間隔時(shí)間控制在5s左右，整個(gè)GPS控制網(wǎng)如圖1所示。

圖中GPS1～7指的是覆蓋測區(qū)的GPS控制點(diǎn)，三角標(biāo)志位置的五個(gè)點(diǎn)則指的是國家二等三角點(diǎn)，GLHH四等點(diǎn)主要用于檢核數(shù)據(jù)。

1.3 GPS數(shù)據(jù)處理

衛(wèi)星星歷、接收天線到衛(wèi)星的偽距等有關(guān)的數(shù)據(jù)信息被接收機(jī)接收之后還需要經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理之后才能夠得到對(duì)應(yīng)的測量定位成果。GPS數(shù)據(jù)處理主要可以分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)預(yù)處理、基線解算以及GPS網(wǎng)平差幾個(gè)步驟。接收機(jī)記錄的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)之后，在計(jì)算機(jī)上完成數(shù)據(jù)的預(yù)處理以及基線解算工作。

接收機(jī)采集的數(shù)據(jù)信息全部記錄在接收機(jī)內(nèi)存模塊中，數(shù)據(jù)分流與數(shù)據(jù)傳輸同時(shí)進(jìn)行，會(huì)生成四種數(shù)據(jù)文件，分別是星歷參數(shù)文件、載波相位和偽距觀測值文件、測站信息文件以及UTC參數(shù)和電離層參數(shù)文件。這四種數(shù)據(jù)文件中三個(gè)為二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件，除了測站信息文件，為了方便數(shù)據(jù)的預(yù)處理，需要將這些數(shù)據(jù)文件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，解釋成直接識(shí)別文件。

基線向量結(jié)算工作其實(shí)就是一個(gè)計(jì)算平差的過程，比較復(fù)雜，實(shí)際的操作過程中需要及時(shí)剔除觀測數(shù)據(jù)粗差、要考慮到觀測過程中信號(hào)中斷的問題以及星座變化導(dǎo)致的整周未知參數(shù)增加的問題。基線處理完成之后還需要完成觀測值殘差分析、基線向量環(huán)閉合差計(jì)算校核、外業(yè)數(shù)據(jù)校核等工作。觀測值殘差分析時(shí)，首先假設(shè)觀測值存著偶然誤差，理論上來說。載波相位對(duì)L1波段信號(hào)觀測誤差為2mm，一旦偶然誤差值達(dá)到1cm左右，就可以確定觀測值存在系統(tǒng)誤差。本次測繪選用的是單頻接收機(jī)，這種接收機(jī)的基線長度標(biāo)稱精度一般是5±1ppm.D（km），當(dāng)短基線長度小于20km時(shí)，為了消除電離層對(duì)數(shù)據(jù)的影響，保證定位結(jié)果更加精準(zhǔn)，需要對(duì)單頻數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理。計(jì)算及校核基線向量環(huán)閉合差的時(shí)候，同時(shí)段或者的基線向量會(huì)組成同步環(huán)或者異步環(huán)，如果基線向量環(huán)閉合差值小于對(duì)應(yīng)等級(jí)的限差值，說明閉合差滿足精度要求。基線向量校核合格后，可以計(jì)算基線向量網(wǎng)的平差，然后計(jì)算各GPS之間的相對(duì)坐標(biāo)差值，結(jié)合基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)可以計(jì)算出各GPS點(diǎn)的坐標(biāo)。

3 結(jié)束語

文章受篇幅所限僅僅介紹了工程測繪過程中GPS控制網(wǎng)布網(wǎng)方案的建設(shè)規(guī)劃方法，實(shí)際上GPS測繪技術(shù)并不僅僅局限于這部分內(nèi)容，RTK測量技術(shù)是根據(jù)GPS相對(duì)定位理論發(fā)展起來的一種實(shí)時(shí)差分GPS技術(shù)，在工程測繪中應(yīng)用十分的普遍，本文不再詳細(xì)論述。

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