6PS控制测量技术的发展及应用

韦胡

摘要：GPS控制测量是一种比较常见的地形测量方法，并且有着广泛的应用，但是用GPS控制测量方法往往也会存在许多的问题。本文分析GPS控制测量的特点，并对其应用做简要介绍。

关键词：GPS；地形测量；精度

1 引言

全球卫星导航定位系统是利用在空间飞行的卫星不断向地面广播发送某种频率并加载了某些特殊定位信息的无线电信号来实现定位测量的定位系统。目前，正在运行的全球卫星导航定位系统有美国的全球卫星定位系统（GPS），俄罗斯的全球卫星导航定位系统（GLONASS），欧盟的Galileo系统和中国的北斗卫星导航定位系统（ Compass） 等。GPS控制测量以其精度高、速度快、相邻点间无需通视、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于控制测量中。时至今日，可以说GPS定位技术已基本取代了用常规测角、测距手段建立控制网的方法。在大地测量和面积较大的面状城市基础控制网中，如果GPS网形比较理想，已知点较多并分布均匀，且有足够多的点进行了水准测量，则基本不存在精度问题。但在相当多的工程测量中，一般存在采用的已知点较少（ 经常采用2～3个已知点） 、已知点分布位置不佳、网形呈带状、相对高差大、水准测量困难或不进行水准测量等因素，这些因素都会影响到GPS控制网的精度。

2 GPS控制测量方法的工作流程

首先进行控制点的选择，在这方面，要选择在对空通视的地方，并且图形强度上要满足接近一百点，控制点与控制点之间可以不需要通视，仅仅要求在底线的两个点至少要在两个方向上能够通视。在确定控制点位置之前，也可以对预先测量得出的控制点进行进一步的分析，并且要根据该地区的具体地形进而确定控制点的位置。另外还要进行基准网位置的选择，基准网的位置比较随意，但一般来讲，将基准网的位置选择在靠中间位置会更好一些。接下来是对于监控网的布设。另外，在运用GPS地形控制测量中，往往会由于城镇分布的不均匀而继续做调整，网点点位首先要满足要求，控制点的设置要在密度范围之内，如果有需要的话可以多加一条导线。接下来就要进行数据的处理，在数据处理这方面，要依赖平差软件，进行基本的基线解算并构建相应的数学模型，对测量得出的原始数据进行预处理目的是得到基准向量，以及进行基线质量分析，对于那些D级网或是C级网，要选出独立基线，将这些基线联合构成异步环，并算出限差，从而就得到了各种符合要求的信息。与此同时，在这些工作都完成之后，还要进行测区以及外部的数据质量进行一系列的检核，在这里，需要强调的是，如果基线达不到要求，就需要重新设计控制点进行又一次的控制测量。

3 GPS测量技术的特点

3.1测站与测站相互之间无需通视

传统的测量技术，一方面既要求测站与测站之间要保持良好的通视条件，另一方面又必须考虑测量控制网网型结构的强度与良好性，这一直是困扰测量人员在应用传统测量技术进行生产实践时所面临的一大难题。应用 GPS 技术进行测量时，测站与测站相互之间无需通视，因此也就无需再建造觇标，一方面既大大降低了测量成本、缩短了工作时间，另一方面在进行测站点位选择时，将变得更加灵活。

3.2定位精度高

测量与研究人员通过大量的实践数据证明，目前长度小于 50KM 的基线，其相对定位精度可达 1～2×10-6，而长度位于 100～500KM 之间的基线，其相对定位精度可达到 10-6～10-7。随着观测技术的不断提高与数据处理方法的不断改进，长度大于 1000KM 的基线，其相对定位精度可达到、甚至优于 10-8。

3.3直接提供观测点位的三维坐标

利用 GPS 技术对观测点位进行测量时，不仅能精确提供平面位置，还可以提供点位的大地高程。

3.4简易操作

随着 GPS 技术理论与应用的不断发展，GPS 测量仪器的自动化程度也越来越高，且操作程序也非常简单。在观测时，测量人员的主要工作只需负责 GPS 接收机的稳固架设，开关电源，量取仪器高，关注并记录仪器的工作。状态是否正常、以及观测环境的气象情况，而其余观测工作，如卫星的捕获、跟踪观测和数据记录等均由 GPS 接收机自动完成。

3.6全天侯观测

利用 GPS 接收机进行外业观测时，可以在任何时间、任何地点连续进行，除非极端恶劣天气，一般情况下，不会受到天气状况的影响。

近年来，随着 GPS 测量技术的不断发展与完善，GPS 己广泛应用于各种用途的测量工作中，并已逐步取代了传统的测量方法。如今我国已采用 GPS 测量技术布设了新的国家大地测量控制网，很多城市也都采用 GPS 测量技术建立了城市控制网。随着 GPS 测量技术的发展，其测量精度也越来越高，平差后的点位精度已达到毫米级。

4 GPS控制测量技术的应用实例

4.1 GPS控制测量在地形测量中的应用

对于地形的控制测量，如果选用常规的方法比方说三角测量或是导线测量等等，那么测出来的结果具有非常大的局限性，并且测量精度也不高，同时由于地形等原因，常規的测量方法往往会有许多的测量不到的地方。目前来看，城市、农民等的测控点往往混合在一块，这也为整个系统的兼容性带来了新的考验。测控点在人为的影响下往往会被破坏，进而导致传统的地形测量方法非常容易产生精度上的偏差。另外，传统的地形控制测量方法要求控制点之间必须通视，但是一旦到了一些大范围的密林地区，很难达到控制点之间的通视，无法进行相关的测量操作。传统的地形控制测量会由于设备或是认为等等诸多因素导致测量精度的不足，而在测量精度上如果达不到规范要求，就必须重新的进行测量，可以说费时费力又费财。采用GPS地形控制测量技术，解决了传统地形控制测量中的不足之处，GPS控制测量技术主要是进行动态的定位控制测量，只需要一个人和一台仪器，并且操作方法也非常的简单，仅仅需要在控制点停留几秒钟就可以完成测量了。

4.2 GPS在地铁控制网测量中的应用

地铁作为现代城市发展的实力象征之一，受到了许多大城市的青睐，目前国内许多城市都在进行地铁的规划、设计和施工工作。一方面，地铁给人们提供了一种快捷、有序、便利的交通方式和良好的乘车环境，解决了时间集中、客流量特大的城市交通问题；另一方面，地铁作为一种绿色的交通方式，能够减少能耗和对城市的污染，改善城市环境，改变城市格局，提升城市综合竞争力。在地铁建设施工开展前，首先应先建立一个地铁线路首级控制网。由于地铁施工的精度要求高，尤其是地铁分多个标段进行施工，标段与标段之间最后需进行隧道贯通与轨道铺设连接，为了保证地铁各标段之间的顺利贯通及轨道的铺设连接，必须建立一个统一的高精度的首级控制网。而 GPS 技术由于其操作简便、观测时间短、定位精度高等特点，一方面既能保证施工工期的要求、保证满足首级控制网的精度要求，另一方面又能降低测量成本，因此在地铁首级控制网测量中得到广泛应用，可以这么说，地铁 GPS 控制网的建立是保证地铁顺利施工、完美贯通的基础。

参考文献：

[1] 徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.《GPS 测量原理及应用》.武汉大学出版社，2002

[2] GB/T18314-2001，全球定位系统（GPS）测量规范，国家质量技术监督局，2001

[3]乔仰文，赵长胜.GPS 卫星定位原理及其在测绘学中的应用.教育科学出版社，2003