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關(guān)于基礎(chǔ)測(cè)繪中的GPS系統(tǒng)測(cè)量技術(shù)探究
論文關(guān)鍵詞：GPS系統(tǒng) 測(cè)量技術(shù) 基礎(chǔ)測(cè)繪 探討
論文摘要：本文對(duì)GPS定位系統(tǒng)在應(yīng)用中建立工程測(cè)量控制網(wǎng)、RTK 下的碎部測(cè)量與放樣、區(qū)域差分系統(tǒng)下碎部測(cè)量與放樣以及變形監(jiān)測(cè)作出了探討，并對(duì)GPS 技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，供同行參考。
21世紀(jì)是信息化的時(shí)代，而作為信息化產(chǎn)業(yè)技術(shù)方向的一部分，測(cè)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(yīng)用廣的特點(diǎn)。在測(cè)繪領(lǐng)域中，GPS系統(tǒng)已廣泛用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量及地形測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域。通過 GPS靜態(tài)測(cè)量和 GPSRTK測(cè)量技術(shù)在性能特點(diǎn)、作業(yè)方法、技術(shù)條件及應(yīng)用效果的分析，指出GPS技術(shù)在房產(chǎn)基礎(chǔ)測(cè)量中具有傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢(shì)。
1、GPS靜態(tài)測(cè)量應(yīng)用于房產(chǎn)平面控制測(cè)量
1．1GPS靜態(tài)測(cè)量模式
GPS靜態(tài)測(cè)量有常規(guī)靜態(tài)測(cè)量與快速靜態(tài)測(cè)量2種模式。
常規(guī)靜態(tài)測(cè)量模式是采用 2臺(tái)(或 2臺(tái)以上) GPS接收機(jī) ，分別安置在 1條或數(shù)條基線的兩端，同步觀測(cè) 4顆以上衛(wèi)星，每時(shí)段根據(jù)基線長(zhǎng)度和測(cè)量等級(jí)觀測(cè)45 min以上的時(shí)間。
快速靜態(tài)測(cè)量模式是在一個(gè)已知測(cè)站上安置 1 臺(tái) GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星。移動(dòng)站接收機(jī)依次安置到各待測(cè)測(cè)站，每測(cè)站觀測(cè)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(yīng)用 GPS進(jìn)行房屋平面控制測(cè)量，點(diǎn)與點(diǎn)之間可以不要求互相通視，這樣就避免了常規(guī)測(cè)量中控制點(diǎn)位選取的局限性。只要使用的 GPS儀器精度與等級(jí)控制測(cè)量精度相匹配，控制點(diǎn)位的選取符合 GPS點(diǎn)位選取條件，那么所布設(shè)的 GPS網(wǎng)精度就完全能夠滿足房產(chǎn)測(cè)量規(guī)程要求。
1．2 GPS靜態(tài)測(cè)量的作業(yè)方法
1．2．1根據(jù)基線長(zhǎng)度確定靜態(tài)測(cè)量觀測(cè)時(shí)間
以拓普康 GPS為例，為達(dá)到測(cè)量精度要求，在進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量時(shí)，可根據(jù)基線長(zhǎng)度和接收機(jī)的類型確定觀測(cè)時(shí)間(表 1)。
表 1 根據(jù)基線長(zhǎng)度確定的 GPS靜態(tài)測(cè)量觀測(cè)時(shí)間
以上觀測(cè)的成果質(zhì)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(cè)成果，應(yīng)做到：
(1)按相關(guān)的GPS規(guī)范要求選取觀測(cè)時(shí)間；
(2)新用戶應(yīng)盡可能適當(dāng)延長(zhǎng)設(shè)計(jì)觀測(cè)時(shí)間；
(3)單頻接收機(jī)最好不要用于觀測(cè)長(zhǎng)度超過 15 km的基線 。
1．2．2 外業(yè)觀測(cè)
(1)將 3臺(tái)接收機(jī)分別在測(cè)站點(diǎn)上對(duì)中、整平；
(2)接收機(jī)開機(jī)，跟蹤GPS／GLONASS衛(wèi)星的信號(hào)；
(3)在外業(yè)表格上記錄點(diǎn)號(hào)、儀器編號(hào)、天線高等信息；
(4)接收機(jī)跟蹤衛(wèi)星穩(wěn)定后，開始記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)；
(5)觀測(cè)一定時(shí)間后，接收機(jī)停止記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)；
(6)接收機(jī)關(guān)機(jī)。
1．3GPS靜態(tài)測(cè)量特點(diǎn)
在布設(shè)控制網(wǎng)方面，GPS靜態(tài)測(cè)量較之常規(guī)方法具有以下特點(diǎn)：
(1)測(cè)量精度高。GPS觀測(cè)精度要明顯高于常規(guī)測(cè)量方法，其基線向量的相對(duì)精度一般在 1／10000～1／100000000之間，這是普通測(cè)量方法很難達(dá)到的。
(2)選點(diǎn)靈活、不需要建造覘標(biāo)。GPS測(cè)量不要求測(cè)站間相互通視，不需要建造覘標(biāo)，作業(yè)成本低，大大降低了布網(wǎng)費(fèi)用。
(3)全天侯作業(yè)。在任何時(shí)間、任何氣候條件下，均可以進(jìn)行 GPS觀測(cè)，大大方便測(cè)量作業(yè)，有利于按時(shí)、高效地完成控制網(wǎng)的布設(shè)。
(4)觀測(cè)時(shí)間短。采用 GPS布設(shè)一般等級(jí)的控制網(wǎng)，每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般為 1～2個(gè)小時(shí)。采用快速靜態(tài)定位的方法，觀測(cè)時(shí)間更短。
(5)觀測(cè)、處理自動(dòng)化。采用 GPS布設(shè)控制網(wǎng)，觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理過程均高度自動(dòng)化。
1．4 實(shí)例及效果
某房產(chǎn)基礎(chǔ)測(cè)繪項(xiàng)目區(qū)面積 100km2 ，需要布設(shè)三等 GPS控制網(wǎng)。根據(jù)規(guī)范要求，點(diǎn)與點(diǎn)之間平均距離為 5km，現(xiàn)場(chǎng)踏勘后共布設(shè) 13個(gè)點(diǎn)，埋石、觀測(cè)、數(shù)據(jù)解算共用時(shí)4個(gè)工作日。如果應(yīng)用常規(guī)作業(yè)方法，以上工作量只能滿足在控制點(diǎn)上建造覘標(biāo)的要求，而且控制點(diǎn)成果精度會(huì)大大降低，返工率也會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)采集受人為因素的干擾而升高。
2、GPS RTK測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于房產(chǎn)基礎(chǔ)圖測(cè)繪
2．1GPS RTK測(cè)量技術(shù)的基本特點(diǎn)
GPS RTK是指載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分(Real—Time Kinematic)定位，是 GPS定位的最新技術(shù)。
GPS RTK技術(shù)系統(tǒng)配置由基準(zhǔn)站接收機(jī)、移動(dòng)站接收機(jī) 2部分組成�；鶞�(zhǔn)站接收機(jī)設(shè)在具有已知坐標(biāo)(地勢(shì)較高處也可無已知坐標(biāo))的參考點(diǎn)上，連續(xù)接收所有可視 GPS衛(wèi)星信號(hào)，并將測(cè)站的坐標(biāo)、觀測(cè)值 、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機(jī)工作狀態(tài)通過數(shù) 據(jù)鏈發(fā)送出去；移動(dòng)站接收機(jī)在跟蹤 GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)接收來 自基準(zhǔn)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(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)和精度指標(biāo)。
2．2 基準(zhǔn)站的選定和建立
基準(zhǔn)站的安置是順利進(jìn)行 RTK測(cè)量的關(guān)鍵，選址時(shí)應(yīng)注意：
(1)避免在無線電干擾強(qiáng)烈的地區(qū)選址；
(2)基準(zhǔn)站站址及數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)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(yīng)的影響，站址周圍應(yīng)無 GPS信號(hào)反射物(大面積水域、大型建筑物等)。
2．3 RTK技術(shù)的作業(yè)方法
(1)將基準(zhǔn)站設(shè)在制高點(diǎn)上，控制點(diǎn)距離小于RTK有效作業(yè)半徑的2／3倍。為方便對(duì) RTK測(cè)量成果進(jìn)行控制檢核和避免出現(xiàn)作業(yè)盲點(diǎn)，在測(cè)區(qū)環(huán)境不良地區(qū)增加基準(zhǔn)站。
(2)施測(cè)第一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)為已知點(diǎn)，以檢核第一個(gè)RTK測(cè)量結(jié)果是否精確。RTK測(cè)量前的檢核工作很重要，它可以發(fā)現(xiàn)輸入的控制點(diǎn)坐標(biāo)、坐標(biāo)系統(tǒng)、設(shè)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(diǎn)地區(qū)，應(yīng)在盲點(diǎn)周圍加測(cè)控制點(diǎn)，以便用全站儀補(bǔ)測(cè)。
2．4 RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
(1)作業(yè)效率高。在一般的地形地勢(shì)下，設(shè)站 1次即可測(cè)完大約 6km半徑的測(cè)區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量?jī)x器的“搬站”次數(shù)，提高了勞動(dòng)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(nèi)，RTK的平面精度就能達(dá)到厘米級(jí)。
(3)降低作業(yè)條件要求。RTK技術(shù)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(jìn)行高精度定位作業(yè)。
(4)操作簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。只要在設(shè)站時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置，就可以同步獲得測(cè)量結(jié)果坐標(biāo)。數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，能方便快捷地與計(jì)算機(jī)通信。
2．5 實(shí)例及效果
仍以前述測(cè)區(qū)為例，該項(xiàng)目區(qū)需要在三等 GPS控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，布設(shè)一級(jí) GPS控制點(diǎn)。根據(jù)規(guī)范要求，點(diǎn)與點(diǎn)之間平均距離設(shè)計(jì)為 0.5 km，現(xiàn)場(chǎng)勘察后共布設(shè) 456個(gè)點(diǎn)，埋石、觀測(cè)、數(shù)據(jù)解算共用時(shí) 12個(gè)工作 日。如果應(yīng)用常規(guī)作業(yè)方法工期至少需 1個(gè)月。由于數(shù)據(jù)量龐大作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，返工率也必然會(huì)大大提升。
3、結(jié)束語
通過以上對(duì) GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的分析，可以看出GPS技術(shù)在房產(chǎn)基礎(chǔ)測(cè)繪中的具有傳統(tǒng)測(cè)量無可比擬的優(yōu)勢(shì)，但由于其技術(shù)特點(diǎn)，該技術(shù)也存在一定的問題。
(1)受衛(wèi)星狀況限制。房產(chǎn)基礎(chǔ)測(cè)繪主要在城市進(jìn)行，衛(wèi)星信號(hào)在高樓密布區(qū)被遮擋時(shí)間往往較長(zhǎng)，使得作業(yè)時(shí)間受到限制，且易產(chǎn)生假值。
(2)空中環(huán)境影響。中午時(shí)間衛(wèi)星信號(hào)受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，因而初始化時(shí)間長(zhǎng)甚至不能初始化，也就無法進(jìn)行測(cè)量。
(3)數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制、作業(yè)半徑比標(biāo)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(hào)源的干擾，傳輸過程中衰減嚴(yán)重，影響作業(yè)精度和作業(yè)半徑。因此，在開展房產(chǎn)基礎(chǔ)測(cè)繪工作時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理運(yùn)用 GPS測(cè)量技術(shù)。
參考文獻(xiàn) ：
[1] 徐紹銓．GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M]．武漢：武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社 ，1998．
[2] 全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范[S]．GB／T18314—2001．
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