關于基礎測繪中的GPS系統(tǒng)測量技術探究
論文關鍵詞：GPS系統(tǒng) 測量技術 基礎測繪 探討
論文摘要：本文對GPS定位系統(tǒng)在應用中建立工程測量控制網(wǎng)、RTK 下的碎部測量與放樣、區(qū)域差分系統(tǒng)下碎部測量與放樣以及變形監(jiān)測作出了探討，并對GPS 技術的優(yōu)缺點進行了分析，供同行參考。
21世紀是信息化的時代，而作為信息化產(chǎn)業(yè)技術方向的一部分，測繪專業(yè)在數(shù)字地球概念中扮演著重要的角色。而GPS全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應用廣的特點。在測繪領域中，GPS系統(tǒng)已廣泛用于大地測量、工程測量、航空攝影測量及地形測量等各個領域。通過 GPS靜態(tài)測量和 GPSRTK測量技術在性能特點、作業(yè)方法、技術條件及應用效果的分析，指出GPS技術在房產(chǎn)基礎測量中具有傳統(tǒng)測量技術無可比擬的優(yōu)勢。
1、GPS靜態(tài)測量應用于房產(chǎn)平面控制測量
1．1GPS靜態(tài)測量模式
GPS靜態(tài)測量有常規(guī)靜態(tài)測量與快速靜態(tài)測量2種模式。
常規(guī)靜態(tài)測量模式是采用 2臺(或 2臺以上) GPS接收機 ，分別安置在 1條或數(shù)條基線的兩端，同步觀測 4顆以上衛(wèi)星，每時段根據(jù)基線長度和測量等級觀測45 min以上的時間。
快速靜態(tài)測量模式是在一個已知測站上安置 1 臺 GPS接收機作為基準站，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星。移動站接收機依次安置到各待測測站，每測站觀測數(shù)分鐘。
這兩種模式均可用來建立房產(chǎn)平面控制網(wǎng)。應用 GPS進行房屋平面控制測量，點與點之間可以不要求互相通視，這樣就避免了常規(guī)測量中控制點位選取的局限性。只要使用的 GPS儀器精度與等級控制測量精度相匹配，控制點位的選取符合 GPS點位選取條件，那么所布設的 GPS網(wǎng)精度就完全能夠滿足房產(chǎn)測量規(guī)程要求。
1．2 GPS靜態(tài)測量的作業(yè)方法
1．2．1根據(jù)基線長度確定靜態(tài)測量觀測時間
以拓普康 GPS為例，為達到測量精度要求，在進行靜態(tài)測量時，可根據(jù)基線長度和接收機的類型確定觀測時間(表 1)。
表 1 根據(jù)基線長度確定的 GPS靜態(tài)測量觀測時間
以上觀測的成果質量易受鎖定的衛(wèi)星數(shù)量、作業(yè)環(huán)境及各種干擾因素影響。為保證獲得良好的觀測成果，應做到：
(1)按相關的GPS規(guī)范要求選取觀測時間；
(2)新用戶應盡可能適當延長設計觀測時間；
(3)單頻接收機最好不要用于觀測長度超過 15 km的基線 。
1．2．2 外業(yè)觀測
(1)將 3臺接收機分別在測站點上對中、整平；
(2)接收機開機，跟蹤GPS／GLONASS衛(wèi)星的信號；
(3)在外業(yè)表格上記錄點號、儀器編號、天線高等信息；
(4)接收機跟蹤衛(wèi)星穩(wěn)定后，開始記錄觀測數(shù)據(jù)；
(5)觀測一定時間后，接收機停止記錄觀測數(shù)據(jù)；
(6)接收機關機。
1．3GPS靜態(tài)測量特點
在布設控制網(wǎng)方面，GPS靜態(tài)測量較之常規(guī)方法具有以下特點：
(1)測量精度高。GPS觀測精度要明顯高于常規(guī)測量方法，其基線向量的相對精度一般在 1／10000～1／100000000之間，這是普通測量方法很難達到的。
(2)選點靈活、不需要建造覘標。GPS測量不要求測站間相互通視，不需要建造覘標，作業(yè)成本低，大大降低了布網(wǎng)費用。
(3)全天侯作業(yè)。在任何時間、任何氣候條件下，均可以進行 GPS觀測，大大方便測量作業(yè)，有利于按時、高效地完成控制網(wǎng)的布設。
(4)觀測時間短。采用 GPS布設一般等級的控制網(wǎng)，每個測站上的觀測時間一般為 1～2個小時。采用快速靜態(tài)定位的方法，觀測時間更短。
(5)觀測、處理自動化。采用 GPS布設控制網(wǎng)，觀測和數(shù)據(jù)處理過程均高度自動化。
1．4 實例及效果
某房產(chǎn)基礎測繪項目區(qū)面積 100km2 ，需要布設三等 GPS控制網(wǎng)。根據(jù)規(guī)范要求，點與點之間平均距離為 5km，現(xiàn)場踏勘后共布設 13個點，埋石、觀測、數(shù)據(jù)解算共用時4個工作日。如果應用常規(guī)作業(yè)方法，以上工作量只能滿足在控制點上建造覘標的要求，而且控制點成果精度會大大降低，返工率也會因為數(shù)據(jù)采集受人為因素的干擾而升高。
2、GPS RTK測量技術應用于房產(chǎn)基礎圖測繪
2．1GPS RTK測量技術的基本特點
GPS RTK是指載波相位實時動態(tài)差分(Real—Time Kinematic)定位，是 GPS定位的最新技術。
GPS RTK技術系統(tǒng)配置由基準站接收機、移動站接收機 2部分組成。基準站接收機設在具有已知坐標(地勢較高處也可無已知坐標)的參考點上，連續(xù)接收所有可視 GPS衛(wèi)星信號，并將測站的坐標、觀測值 、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機工作狀態(tài)通過數(shù) 據(jù)鏈發(fā)送出去；移動站接收機在跟蹤 GPS衛(wèi)星信號的同時接收來 自基準站 的數(shù)據(jù)，通過 0TF(On The Fly)算法快速求解載波相位整周模糊度，獲取所在點相對于基準點的坐標和精度指標。
2．2 基準站的選定和建立
基準站的安置是順利進行 RTK測量的關鍵，選址時應注意：
(1)避免在無線電干擾強烈的地區(qū)選址；
(2)基準站站址及數(shù)據(jù)鏈電臺發(fā)射天線必須具有一定的高度；
(3)為防止數(shù)據(jù)鏈丟失以及多路徑效應的影響，站址周圍應無 GPS信號反射物(大面積水域、大型建筑物等)。
2．3 RTK技術的作業(yè)方法
(1)將基準站設在制高點上，控制點距離小于RTK有效作業(yè)半徑的2／3倍。為方便對 RTK測量成果進行控制檢核和避免出現(xiàn)作業(yè)盲點，在測區(qū)環(huán)境不良地區(qū)增加基準站。
(2)施測第一個觀測點為已知點，以檢核第一個RTK測量結果是否精確。RTK測量前的檢核工作很重要，它可以發(fā)現(xiàn)輸入的控制點坐標、坐標系統(tǒng)、設置參數(shù)是否有誤等問題。
(3)由于接收衛(wèi)星狀況不良等原因而造成的盲點地區(qū)，應在盲點周圍加測控制點，以便用全站儀補測。
2．4 RTK技術的優(yōu)點
(1)作業(yè)效率高。在一般的地形地勢下，設站 1次即可測完大約 6km半徑的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)量和測量儀器的“搬站”次數(shù)，提高了勞動效率。
(2)定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累。只要滿足 RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內，RTK的平面精度就能達到厘米級。
(3)降低作業(yè)條件要求。RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，只要滿足 RTK的基本工作條件，就能快速進行高精度定位作業(yè)。
(4)操作簡便，數(shù)據(jù)處理能力強。只要在設站時進行簡單的設置，就可以同步獲得測量結果坐標。數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理、轉換和輸出能力強，能方便快捷地與計算機通信。
2．5 實例及效果
仍以前述測區(qū)為例，該項目區(qū)需要在三等 GPS控制網(wǎng)的基礎上，布設一級 GPS控制點。根據(jù)規(guī)范要求，點與點之間平均距離設計為 0.5 km，現(xiàn)場勘察后共布設 456個點，埋石、觀測、數(shù)據(jù)解算共用時 12個工作 日。如果應用常規(guī)作業(yè)方法工期至少需 1個月。由于數(shù)據(jù)量龐大作業(yè)環(huán)境復雜，返工率也必然會大大提升。
3、結束語
通過以上對 GPS測量技術應用的分析，可以看出GPS技術在房產(chǎn)基礎測繪中的具有傳統(tǒng)測量無可比擬的優(yōu)勢，但由于其技術特點，該技術也存在一定的問題。
(1)受衛(wèi)星狀況限制。房產(chǎn)基礎測繪主要在城市進行，衛(wèi)星信號在高樓密布區(qū)被遮擋時間往往較長，使得作業(yè)時間受到限制，且易產(chǎn)生假值。
(2)空中環(huán)境影響。中午時間衛(wèi)星信號受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進行測量。
(3)數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制、作業(yè)半徑比標稱距離小。RTK數(shù)據(jù)鏈傳輸易受到障礙物，如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾，傳輸過程中衰減嚴重，影響作業(yè)精度和作業(yè)半徑。因此，在開展房產(chǎn)基礎測繪工作時，應根據(jù)實際情況合理運用 GPS測量技術。
參考文獻 ：
[1] 徐紹銓．GPS測量原理及應用[M]．武漢：武漢測繪科技大學出版社 ，1998．
[2] 全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[S]．GB／T18314—2001．
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