摘要：本文主要闡述了GPS系統(tǒng)的組成與測(cè)量特點(diǎn)及GPS系統(tǒng)在工程測(cè)量中的應(yīng)用，同時(shí)根據(jù)實(shí)踐探討了利用RTK技術(shù)快速測(cè)定界址點(diǎn)及GPS界址點(diǎn)的精度檢查進(jìn)行了分析。
　　關(guān)鍵詞：GPS全球定位系統(tǒng)；控制測(cè)量；地形測(cè)量

　　1.GPS系統(tǒng)的組成與測(cè)量特點(diǎn)
　　GPS全球定位系統(tǒng)是由空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成，除此之外，測(cè)量用戶還應(yīng)有衛(wèi)星接收設(shè)備。GPS全球定位系統(tǒng)的測(cè)量有以下特點(diǎn)：
　　1.1測(cè)站之間無(wú)需通視
　　測(cè)站間相互通視一直是測(cè)量學(xué)的難題。GPS這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈活方便。但測(cè)站上空必須開(kāi)闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號(hào)不受干擾。
　　1.2定位精度高
　　一般雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5mm+1×10-6，而紅外儀標(biāo)稱精度為5mm+5×10-6，GPS測(cè)量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長(zhǎng)，GPS測(cè)量?jī)?yōu)越性愈加突出。實(shí)驗(yàn)證明，在小于50km的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)12×10-6，而在100～500km的基線上可達(dá)10-6～10-7。
　　1.3觀測(cè)時(shí)間短
　　在采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)，每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在30～40min之間，觀測(cè)時(shí)間很短；采用快速靜態(tài)定位方法時(shí)，觀測(cè)時(shí)間更短。如，使用Timble4800GPS接收機(jī)的RTK法可在5s以內(nèi)求得測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。
　　1.4提供三維坐標(biāo)
　　GPS測(cè)量在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確地測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。
　　1.5操作簡(jiǎn)便
　　GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高。目前GPS接收機(jī)已趨于小型化和操作“傻瓜”化，觀測(cè)人員只需將天線對(duì)中、整平，量取天線高打開(kāi)電源即可進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即求得測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)。而其他觀測(cè)工作如衛(wèi)星的捕獲、跟蹤觀測(cè)等均由儀器自動(dòng)完成。
　　1.6全天候作業(yè)
　　GPS觀測(cè)可在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣變化的影響。
　　2.GPS系統(tǒng)在工程測(cè)量中的實(shí)踐與應(yīng)用
　　2.1控制測(cè)量中的應(yīng)用
　　常規(guī)控制測(cè)量如三角測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量，通常是先布設(shè)控制網(wǎng)點(diǎn)，在國(guó)家高等級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)的基礎(chǔ)上加密次級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)，以往是利用全站儀及棱鏡等實(shí)施，而在這一過(guò)程中要求點(diǎn)間必須通視，而且外業(yè)中不能及時(shí)知道測(cè)量成果的精度，耗力費(fèi)時(shí)。
　　GPS靜態(tài)相對(duì)定位系統(tǒng)測(cè)量時(shí)，無(wú)需點(diǎn)間通視，就能高精度地進(jìn)行測(cè)定，還可以高精度快速地測(cè)定各等級(jí)控制點(diǎn)的坐標(biāo)。但是GPS靜態(tài)相對(duì)定位系統(tǒng)只需要時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而不能實(shí)時(shí)定位并知道定位精度，內(nèi)業(yè)處理后，如果發(fā)現(xiàn)精度不符合要求，必須返工測(cè)量。隨著RTK技術(shù)的出現(xiàn)，控制測(cè)量既能實(shí)時(shí)知道定位結(jié)果，又能實(shí)時(shí)知道定位精度，這樣大大提高了作業(yè)效率。
　　2.2RTK在地形測(cè)圖中的應(yīng)用
　　由于RTK技術(shù)可進(jìn)行實(shí)時(shí)定位以達(dá)到厘米級(jí)的精度,因此，RTK技術(shù)可用于控制測(cè)量、地形測(cè)圖、地籍等測(cè)量中。
　　地形測(cè)圖一般是用全站儀采集地形、地物碎部點(diǎn)，利用測(cè)圖軟件電腦成圖。其要求是不僅測(cè)站點(diǎn)與被測(cè)的地物、地貌碎部點(diǎn)之間通視，而且還需要2～3人同時(shí)進(jìn)行操作。
　　采用RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)圖時(shí)，一人在基準(zhǔn)站架好儀器，另一人背著儀器到每個(gè)碎部點(diǎn)立桿并通過(guò)電子手簿輸入特征編碼記錄數(shù)據(jù)，一般取3s作為一個(gè)記錄單元，在記錄數(shù)據(jù)時(shí)，要求測(cè)量人員立點(diǎn)要準(zhǔn)確，盡量穩(wěn)住對(duì)中桿，同時(shí)畫出草圖，以便內(nèi)業(yè)整圖時(shí)提供參考。點(diǎn)位精度在符合要求的情況下，在測(cè)定一個(gè)區(qū)域內(nèi)的地形、地物點(diǎn)位，測(cè)定完成回到室內(nèi)，再用傳輸線將數(shù)據(jù)導(dǎo)入微機(jī)，由專業(yè)繪圖軟件編制地形圖。
　　2.3RTK在地籍測(cè)量中的應(yīng)用
　　地籍測(cè)量中應(yīng)用RTK技術(shù)測(cè)定每一宗土地的權(quán)屬界址點(diǎn)以及測(cè)繪地籍圖，同上述測(cè)繪地形圖一樣，能實(shí)時(shí)測(cè)定有關(guān)界址點(diǎn)及一些地物點(diǎn)的位置并能達(dá)到要求的厘米級(jí)精度。將GPS獲得的數(shù)據(jù)處理后直接錄入GPS系統(tǒng)，可及時(shí)、精確地獲得地籍圖。但在影響GPS衛(wèi)星信號(hào)接收的遮蔽地帶，應(yīng)采用全站儀、測(cè)距儀、經(jīng)緯儀等測(cè)量工具，采用解析法或圖解法進(jìn)行細(xì)部測(cè)量。
　　在建設(shè)用地勘測(cè)定界測(cè)量中，RTK技術(shù)可以實(shí)時(shí)地測(cè)定界樁位置，確定土地使用界限范圍、計(jì)算用地面積。利用RTK技術(shù)進(jìn)行勘測(cè)定界放樣是坐標(biāo)的直接放樣，建設(shè)用地勘測(cè)定界中的面積量算，實(shí)際上由GPS軟件中的面積計(jì)算功能直接計(jì)算并進(jìn)性檢核，避免了常規(guī)的解析法放樣的復(fù)雜性，簡(jiǎn)化了建設(shè)用地勘測(cè)定界的工作程序。
　　在土地利用動(dòng)態(tài)檢測(cè)中，也可利用RTK技術(shù)。傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)野外檢測(cè)采用是簡(jiǎn)易補(bǔ)測(cè)法或平板儀補(bǔ)測(cè)法。如利用鋼尺用距離交會(huì)、直角坐標(biāo)法等進(jìn)行實(shí)測(cè)丈量，對(duì)于交通范圍廣的地區(qū)采用平板儀補(bǔ)測(cè)法，這種方法速度慢、效率低。而應(yīng)用RTK新技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)則可提高檢測(cè)的速度和精度，省時(shí)省工，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，保證了土地利用狀況調(diào)查的現(xiàn)實(shí)性。
　　3.利用RTK技術(shù)快速測(cè)定界址點(diǎn)
　　3.1RTK基本原理
　　GPSRTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)是一項(xiàng)以載波相位觀測(cè)值為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)GPS測(cè)量技術(shù)。它的主要設(shè)備為一臺(tái)基準(zhǔn)站接收機(jī)、一臺(tái)或多臺(tái)流動(dòng)站接收機(jī)以及基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娕_(tái)。在RTK作業(yè)模式下,基準(zhǔn)站和流動(dòng)站必須保持同時(shí)跟蹤至少5顆以上的衛(wèi)星,基準(zhǔn)站不間斷地對(duì)可見(jiàn)衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè),根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo),計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù),并由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)地將這一改正數(shù)通過(guò)電臺(tái)發(fā)送出去。流動(dòng)站接收機(jī)在進(jìn)行GPS觀測(cè)的同時(shí),也接收到基準(zhǔn)站的改正數(shù),并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,對(duì)其定位結(jié)果進(jìn)行改正,從而提高定位精度,求得待定點(diǎn)的三維坐標(biāo)(X,Y,Z)。
　　3.2界址點(diǎn)測(cè)定
　　GPS測(cè)量的坐標(biāo)是相對(duì)于地球基準(zhǔn)即WGS84的。但我們實(shí)際測(cè)量中一般采用的是地方坐標(biāo)系,因此當(dāng)使用GPS進(jìn)行測(cè)量時(shí),最先得到的是建立在WGS84基準(zhǔn)上的坐標(biāo),這些坐標(biāo)必須轉(zhuǎn)換到地方坐標(biāo)系統(tǒng)中才能為我們所使用。進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換常用的方法有兩種經(jīng)典三維法和一步法。本次介紹在某作業(yè)中采用的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法為經(jīng)典三維法。
　　RTK測(cè)量采用瑞士LeicaSR530雙頻接收機(jī)4臺(tái)（1+3）進(jìn)行作業(yè)。觀測(cè)前對(duì)儀器進(jìn)行了相應(yīng)的檢驗(yàn),包括接收機(jī)內(nèi)部噪聲的檢驗(yàn)、零基線檢驗(yàn),天線相位中心穩(wěn)定性的檢驗(yàn),光學(xué)對(duì)點(diǎn)器的檢驗(yàn)等。檢驗(yàn)后,儀器都調(diào)整到最佳狀態(tài)。觀測(cè)時(shí)的技術(shù)要求為：衛(wèi)星截止高度角不低于15度,有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)不低于5顆,流動(dòng)站接收機(jī)與衛(wèi)星構(gòu)成的幾何圖形強(qiáng)度因子小于6。
　　在測(cè)區(qū)內(nèi)均勻選取了五個(gè)高等級(jí)控制點(diǎn)（點(diǎn)位周圍的環(huán)境良好,較為開(kāi)闊、無(wú)大功率電磁波輻射等）作為求取轉(zhuǎn)換參數(shù)的起算點(diǎn),利用經(jīng)典三維法,參數(shù)求出后,其殘差如表1。
　　
　　表1經(jīng)典三維法求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)
　　確定好轉(zhuǎn)換參數(shù)后,選取了三個(gè)高等級(jí)點(diǎn)作為檢核點(diǎn),對(duì)所求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行檢核,檢核結(jié)果如表2所示。
　　
　　
　　表2檢核結(jié)果
　　通過(guò)表2可以看出,所求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)精度良好,可以滿足地籍測(cè)量中對(duì)數(shù)學(xué)精度的要求。確定好轉(zhuǎn)換參數(shù)后,選擇位于開(kāi)闊地帶的高等級(jí)點(diǎn)（點(diǎn)位周圍的環(huán)境良好,較為開(kāi)闊、無(wú)大功率電磁波輻射,人員、車輛干擾較少等）作為參考站架設(shè)GPS接收機(jī),開(kāi)機(jī)后進(jìn)行必要的系統(tǒng)設(shè)置及電臺(tái)設(shè)置流動(dòng)站接收機(jī)開(kāi)機(jī)后首先進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置,輸人轉(zhuǎn)換參數(shù),進(jìn)行流動(dòng)站的初始化工作,然后根據(jù)地籍調(diào)查表所標(biāo)注的界址點(diǎn)找出其在實(shí)地的位置,按RTK測(cè)量模式進(jìn)行界址點(diǎn)測(cè)量,最后將測(cè)得的界址點(diǎn)坐標(biāo)傳人計(jì)算機(jī)和用常規(guī)方法測(cè)得的界址點(diǎn)一并統(tǒng)一進(jìn)行內(nèi)業(yè)整理,得到地籍圖、宗地圖、面積量算表、面積匯總表等資料。
　　4.GPS界址點(diǎn)的精度檢查
　　由于采用了新的測(cè)量方法進(jìn)行界址點(diǎn)測(cè)量,所以必須對(duì)其最終精度進(jìn)行檢查。利用全站儀進(jìn)行檢查時(shí)嚴(yán)格按《城鎮(zhèn)地籍調(diào)查規(guī)程》要求進(jìn)行。共檢查界址點(diǎn)287個(gè),除一個(gè)點(diǎn)點(diǎn)位情況不好,誤差達(dá)0.157米外,其他點(diǎn)精度良好,由各點(diǎn)誤差計(jì)算出的點(diǎn)位中誤差為士0.035米,完全可以滿足地籍測(cè)量中對(duì)界址點(diǎn)的精度要求（士0.05米）。
　　5．結(jié)束語(yǔ)
　　通過(guò)上述對(duì)GPS測(cè)量的探討，可以看出GPS在工程測(cè)量上具有不受環(huán)境和距離限制和人為因素的影響非常適合于地形條件較差的地區(qū)、局部重點(diǎn)工程地區(qū)，因此GPS測(cè)量具很大的發(fā)展前景。
　　
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