浅谈GPS技术在数字化地形测量中的应用

黎飞

摘 要：本文首先分析了地形测量中GPS技术的作业原理，然后论述了GPS地形测量的优点，最后概述了GPS技术在数字化地形测量相关技术中的应用，希望能给地形测量提供一些有用参考。

关键词：GPS；数字化；地形测量；基准站；布网

地形测图是为城市、矿区以及为各种工程提供不同比例尺的地形图，以满足城镇规划和各种经济建设的需要。GPS新技术的出现，可以高精度并快速地测定各级控制点的坐标。随着GPS定位技术的迅速发展，GPS逐渐向常规测量领域迈进，应用于各种工程测量当中。

一、GPS技术应用于地形测量的作业原理

实时动态GPS测量系统由三部分组成：GPS信号接收部分（即GPS传感器及天线）、实时数据传输部分（即数据链，俗称电台）和实时数据处弹部分（即GPS控制器及其内装的实时数据处理软件）。

外业作业时，一套实时测量系统充当参考站，设置在精确未知84坐标的周定点上，参考站在接收GPS信号并进行载波相位和伪距测量的同时，通过数锯链实时将参考站的精确坐标、观测值、卫星跟踪状态以及参考站的工作状态发送出去。参考站由一人作业，实时观察参考站的工作状态，以确保参考站的工作正常。若出现问题应利用对讲机及时联系。另外一套或若干套实时测量系统当流动站，采用背负方式由两人作业，一人作业，一人及时画出草图（点位的连线关系应尽量详细）。大大降地了人力投入，提高了工作效率，并为内业成图赢得了充足的时间，保证整个工程项目的顺利完成。流动站在接收GPS卫星信号并进行载波相位和伪距测量的同时，还通过数据链及时接收来自参考站的观测值和其它数据。利用GPS控制器内置商用实时处理软件，实时地解算出参考站至流动站间的基线向量和流动站的点位坐标。如果需要及时输出北京54坐标系统中的坐标或进行数据后处理时，应该定义一组坐标转换参数，在室内正确设置仪器参数。

二、GPS用于数字化地形测量的优点

（一）快速度、高效率

GPS测图不受通视条件和视距限制，省去了迁站时仪器搬动的烦恼，扩大了作业半径，节约了大量非测图时间，作业人员可一心一意跑点、编码。

（二）精度高且精度分布均匀

GPS测图省去了中间环节，提高了测图精度，其测图时碎部点的误差是随即产生的，不会产生误差不均匀的情况。

（三）测量范围广

GPS技术由于由高策低，测量范围可以很大。可按需布设控制网，简化加密级别，省去联测过渡点。

（四）观测自动化程度高

外业用电钮操作，内业用计算机处理数据，作业时间短，效率高。

（五）全天候观测作业

星座布置完成后，可24h观测，在雨、雾、雪等条件下亦可全天候作业。

三、GPS技术在数字化地形测量相关技术中的应用

（一）准备工作

测量前必须要实地了解测区情况（如点位情况、交通状况等），还需要了解卫星状况的预报评估障碍物对GPS观测可能产生的不良影响。最后依据测点的卫星状况，根据测量作业的要求以及测区的实际情况确定出具体的布网和作业方案。首先是完成控制点的选取和GPS网的布设，然后在此基础上来进行静态控制测量。在进行GPS定位时，接收机的天线在整个观测过程中的位置是保持不变的。在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。其具体观测模式多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测，时间由几分钟，几小时，甚至数十小时不等。接收机测得卫星发送的伪距，载波相位等信号的观测值，再将观测值下载到计算机中处理，一般要通过基线处理，网平差，坐标转换和高程转换求出高精度网点坐标。在测量中，静态定位测量方式一般用于高精度测量定位，如主要用于各种等级的大地测量跟踪网、基准网、工程控制网，变形监测网等的测量。

（二）基准站选点，埋石

a、基准点应尽可能选择在交通便利，便于安置接受设备和便于操作的地方。所建造之点应便于保存。

b、选点时如无法避开成片植物，应在测量前将基准点150以上部分植物砍去。点位应尽量远离高大建筑物和成片水域地区。

c、在基准点200 1T1范围内应无大小功率无线电发射设施，及高压输变电线路及设备。

d、基准站的间距须考虑GPS电台的功率和覆盖能力，应尽量布设在测区内相对较高的突出位置上，以获得最大的数据通讯有效半径，从而减少基准点的个数。

e、埋石应视测区未来对点位的要求而定。

（三）布网

GPS布网方案主要取决于工程的具体要求、经费、时间、人力消耗及接收机的数量和后勤保障条件等，在确定布网方案时，应在满足精度要求的前提下，尽可能降低消耗。GPS网一般采用较多的异步闭合环，这就要求接收机多次重复设站，但受交通工具和通迅手段的限制，往往会给实际操作带来很大困难。而且GPS网中的异步环对提高网平差精度起不到决定性作用，仅能起到多余观测的作用，是剔除粗差的有效手段，但施测中每增加一个环就会增加一次重复设站，就会消耗大量的时间和人力。由于起始点对网平差影响较大，所以在GPS布网时尽量使起始点间形成异步环，其它各点根据实际情况而定，不必一定在异步环中，以节省时间和人力，提高外业工作效率。GPS基线向量的布网形式。GPS网常用的布网形式有以下几种：跟踪站式、会战式、多基准站式（枢纽点式）、同步图形扩展式，单基准站式。

（四）外业观测

完成了GPS点的选取和网的设计，就可以开始进行外业观测和数据的采集。

（五）数据处理

采集的数据均由徕卡公司提供的与徕卡1200配套的LGO处理软件来处理。由于EGO是一个自动化很强的处理软件，因此用它处理时人工干预很少。对于某些点位的卫星不多、遮挡过多卫星信号时常出现短线情况，这种情况下在做网平差，基线处理时必须稍加干预。在处理这种情况时要注意分析基线的双差残差，观察是哪颗卫星何时的数据超出了误差的限值，如果某个卫星某个时段的双差残差较大，则要在点的卫星窗口里面去除这颗卫星或者是这颗卫星的某个时段，然后再进行处理。如此反复达到要求为止。

（六）基準站设置

a、输入正确的基准站WGS一84坐标，及准确的仪器高。

b、选择GPS模式的发射差分数据。

c、选择恰当的波特率。

（七）流动站设置及转换参数求解

利用电子手簿输入正确的流动站高度，同时输入其它基准站点的WGS一84坐标，联测已知控制点，解算转换数据并接收，确定。

（八）碎步测量

完成以上工作后，即可将流动站置于地物地貌特征点上进行碎步测量，每个碎步的测量时间2～3S。碎部点密度应满足相关规范要求。

（九）绘制地形图

打开CASS9.0改变图式比例尺为所需比例尺，启用展点命令，将上述数据文件名输入，然后根据外业所绘草图，人机交互编辑，连线。将野外测点按CASS9.0提供的图式符号库连线后对于一些与地形图规范要求有差别的地方须作编辑处理。

参考文献：

[1]孟继红，何秀珍.数字化地形测量的几个问题探讨[J].地矿测绘，2005，3.

[2]刘慧.论GPS在公路工程测量中的应用[J].科技咨询导报，2007.5.