摘 要：GPS技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的結(jié)晶，現(xiàn)GPS技術(shù)已得到廣泛地應(yīng)用,如大地測量、地球動力監(jiān)測、地球物理勘探、資源勘察、航空與衛(wèi)星遙感、攝影測量、精密工程測量、工程變形監(jiān)測、地籍測量、地理信息系統(tǒng)、海洋測繪、水上定位和導(dǎo)航等。本文主要介紹了GPSRTK技術(shù)在地形測量中的步驟及應(yīng)用，供大家參考。
　　關(guān)鍵詞：GPS，地形測量，RTK技術(shù)
　　1．概述
　　GPS已在測繪領(lǐng)域引起了革命性的變化,目前,范圍上數(shù)公里至幾千公里的控制網(wǎng)或形變監(jiān)測網(wǎng)；精度上從百米至毫米級的定位,一般都將GPS作為首選手段,隨著載波相位動態(tài)實(shí)時(shí)差分RTK技術(shù)的日趨成熟,GPS已開始向分米乃至厘米級的放樣、高精度動態(tài)定位等領(lǐng)域滲透。
　　地形測量首先離不開控制測量。在城市和區(qū)域地形測量中,GPS實(shí)際上已成為建立平面控制網(wǎng)的一種標(biāo)準(zhǔn)手段。隨著差分GPS定位技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,不僅是高等級的首級網(wǎng)和加密網(wǎng),甚至圖根點(diǎn)和航空攝影測量像控點(diǎn)的測定也廣泛采用了GPS。在許多地形測量項(xiàng)目中,電子測距導(dǎo)線早已成為一種最基本的控制測量方法。特別是當(dāng)使用全站儀時(shí),可以將低等級的圖根控制與細(xì)部地形測量同步進(jìn)行,從而提高總體作業(yè)效率。高程控制測量過去一直沿用幾何水準(zhǔn)測量的方法,這種方法耗時(shí)費(fèi)力,效率很低。
　　過去測地形圖時(shí)一般首先要在測區(qū)建立圖根控制點(diǎn),然后在圖根控制點(diǎn)上架上全站儀或經(jīng)緯儀配合小平板測圖,現(xiàn)在發(fā)展到采用RTK時(shí),僅需1人背著儀器在要測的地形地貌碎部點(diǎn)呆上1~2s,并同時(shí)輸入特征編碼,通過手簿可以實(shí)時(shí)知道點(diǎn)位精度,把一個(gè)區(qū)域測完后回到室內(nèi),由專業(yè)的軟件接口就可以輸出所要求的地形圖,這樣用RTK僅需1人操作,不要求點(diǎn)間通視,大大提高了工作效率,采用RTK配合電子手簿可以測設(shè)各種地形圖。
　　2．GPS系統(tǒng)和測量方法介紹
　　2．1GPS系統(tǒng)包括三大部分：
　　空間部分--GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分--地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分--GPS信號接收機(jī)。
　�。�1）GPS系統(tǒng)的空間部分由21顆衛(wèi)星組成,均勻分布在6個(gè)軌道面上,衛(wèi)星上安裝了精度很高的原子鐘,其系統(tǒng)信息能在全球范圍內(nèi)向任意多用戶提供高精度的、全天候的、連續(xù)的、實(shí)時(shí)的三維測速、三維定位和授時(shí)。
　�。�2）在地形測量中主要是用靜態(tài)測量來完成控制測量,用RTK來完成碎部測量工作記錄點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)。
　�。�3）GPSRTK可以不布設(shè)各級控制點(diǎn),僅依據(jù)一定數(shù)量的基準(zhǔn)控制點(diǎn),便可以高精度并快速地測定界址點(diǎn)、地形點(diǎn)、地物點(diǎn)的坐標(biāo),利用測圖軟件可以在野外一次測繪成電子地圖,然后通過計(jì)算機(jī)和繪圖儀、打印機(jī)輸出各種比例尺的圖件。
　　（4）GPSRTK定位的概念：基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)等用無線電傳送給運(yùn)動中的流動站,在流動站通過無線電接收基準(zhǔn)站發(fā)射的信息,將載波相位觀測值實(shí)時(shí)進(jìn)行差分處理,得到基準(zhǔn)站和流動站的坐標(biāo)差△X、△Y、△Z;坐標(biāo)差加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到流動站每個(gè)點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo),通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)x、y和海拔高程h。這個(gè)過程稱作GPSRTK定位過程。GPSRTK定位技術(shù)主要用于地形測量和工程放樣。
　�。�5）GPSRTK數(shù)據(jù)處理是基準(zhǔn)站和流動站之間的單基線處理過程,采用基準(zhǔn)站和流動站的載波相位觀測值的差分組合載波相位,將動態(tài)流動站未知坐標(biāo)作為隨機(jī)的未知參數(shù),載波相位的整周模糊度作為非隨機(jī)未知參數(shù)解算。
　　下面介紹一下GPS布網(wǎng)和基線測量的相關(guān)情況。
　　2．2準(zhǔn)備工作
　　測量前必須要實(shí)地了解測區(qū)情況,如點(diǎn)位情況(點(diǎn)的位置,上點(diǎn)的難度等)交通狀況等,還需要了解衛(wèi)星狀況的預(yù)報(bào)評估障礙物對GPS觀測可能產(chǎn)生的不良影響。最后依據(jù)測點(diǎn)的衛(wèi)星狀況,測量作業(yè)的要求以及測區(qū)的實(shí)際情況確定出具體的布網(wǎng)和作業(yè)方案。
　　首先是完成點(diǎn)的選取和GPS網(wǎng)的布設(shè),然后在此基礎(chǔ)上來進(jìn)行靜態(tài)控制測量。在進(jìn)行GPS定位時(shí),認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測過程中的位置是保持不變的。在數(shù)據(jù)處理時(shí),將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)不隨時(shí)間的改變而改變的量。其具體觀測模式多臺接收機(jī)在不同的測站上進(jìn)行靜止同步觀測,時(shí)間由幾分鐘,幾小時(shí),甚至數(shù)十小時(shí)不等。接收機(jī)測得衛(wèi)星發(fā)送的偽距,載波相位等信號的觀測值,再將觀測值下載到計(jì)算機(jī)中處理,一般要通過基線處理,網(wǎng)平差,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和高程轉(zhuǎn)換求出高精度網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)。在測量中,靜態(tài)定位測量方式一般用于高精度測量定位,如主要用于各種等級的大地測量跟蹤網(wǎng)、基準(zhǔn)網(wǎng)、工程控制網(wǎng),變形監(jiān)測網(wǎng)等的測量。
　　2．3選點(diǎn)若干技術(shù)要求
　　(1)為保證對衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測的衛(wèi)星信號的質(zhì)量,要求測站上空盡可能地開闊,在10°~15°高度角以上不能有成片的障礙物。
　　(2)為減少電磁波對GPS衛(wèi)星信號的干擾,在測站周圍200m的范圍內(nèi)不能有強(qiáng)電磁波干擾源,如大功率無線電發(fā)射設(shè)施,高壓輸電線等。
　　(3)為避免減少多路徑效應(yīng)的發(fā)生,測站應(yīng)遠(yuǎn)離對電磁波信號反射強(qiáng)烈的地形地物。如高層建筑,成片水域等。
　　為便于觀測作業(yè)和今后的應(yīng)用,測站應(yīng)選在交通便利,上點(diǎn)方便并易于保存的地方。
　　2．4布網(wǎng)
　�。�1）GPS基線向量網(wǎng)的等級：依據(jù)國家測量規(guī)范、各行業(yè)測量規(guī)范、任務(wù)要求來定等級。根據(jù)我國1992年所頒布的全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范,GPS基線向量網(wǎng)被分成了A,B,C,D,E5個(gè)級別。見表1。
　　表1GPS基線向量網(wǎng)等級表
　　測量分類 固定誤差α/mm 比例誤差b/10－6
　　mm 相鄰點(diǎn)距離/km
　　A ≤5 ≤0.1 100～2000
　　B ≤8 ≤1 15～250
　　C ≤10 ≤5 5～40
　　D ≤10 ≤10 2～15
　　E ≤10 ≤20 1～10
　　注：A級網(wǎng)一般為區(qū)域或國家框架網(wǎng)，區(qū)域動力學(xué)網(wǎng)；B級網(wǎng)為國家大地控制網(wǎng)或地方框架網(wǎng)；C級網(wǎng)為地方控制網(wǎng)和工程控制網(wǎng)；D級網(wǎng)為工程控制網(wǎng)；E級網(wǎng)為測圖網(wǎng)。
　�。�2）GPS布網(wǎng)方案主要取決于工程的具體要求、經(jīng)費(fèi)、時(shí)間、人力消耗及接收機(jī)的數(shù)量和后勤保障條件等,在確定布網(wǎng)方案時(shí),應(yīng)在滿足精度要求的前提下,盡可能降低消耗。GPS網(wǎng)一般采用較多的異步閉合環(huán),這就要求接收機(jī)多次重復(fù)設(shè)站,但受交通工具和通訊手段的限制,往往會給實(shí)際操作帶來很大困難。而且,GPS網(wǎng)中的異步環(huán)對提高網(wǎng)平差精度起不到?jīng)Q定性作用,僅能起到多余觀測的作用,是剔除粗差的有效手段,但施測中每增加一個(gè)環(huán)就會增加一次重復(fù)設(shè)站,就會消耗大量的時(shí)間和人力,由于起始點(diǎn)對網(wǎng)平差影響較大,所以在GPS布網(wǎng)時(shí)盡量使起始點(diǎn)間形成異步環(huán),其它各點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況而定,不必一定在異步環(huán)中,以節(jié)省時(shí)間和人力,提高外業(yè)工作效率。
　�。�3）GPS基線向量的布網(wǎng)形式。網(wǎng)常用的布網(wǎng)形式有以下幾種:跟蹤站式、會戰(zhàn)式、多基準(zhǔn)站式(樞紐點(diǎn)式)、同步圖形擴(kuò)展式,單基準(zhǔn)站式。
　　2．5外業(yè)觀測
　　完成了GPS點(diǎn)的選取和網(wǎng)的設(shè)計(jì),就可以開始進(jìn)行外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)的采集。具體方法和過程本文不再贅述。
　　2．6數(shù)據(jù)處理
　　采集的數(shù)據(jù)均由徠卡公司提供的與徠卡1200配套的LGO(LeicaGeoOffice)處理軟件來處理。由于LGO是一個(gè)自動化很強(qiáng)的處理軟件,因此用它處理時(shí)人工干預(yù)很少。對于某些點(diǎn)位的衛(wèi)星不多,遮擋過多衛(wèi)星信號時(shí)常出現(xiàn)短線情況,這種情況下在做網(wǎng)平差,基線處理時(shí)必須稍加干預(yù)。在處理這種情況時(shí)要注意分析基線的雙差殘差,觀察是哪顆衛(wèi)星何時(shí)的數(shù)據(jù)超出了誤差的限值,如果某個(gè)衛(wèi)星某個(gè)時(shí)段的雙差殘差較大,則要在點(diǎn)的衛(wèi)星窗口里面去除這顆衛(wèi)星或者是這顆衛(wèi)星的某個(gè)時(shí)段,然后再進(jìn)行處理,如此反復(fù)達(dá)到要求為止。
　　3總結(jié)
　　3．1GPS與常規(guī)地形測量比較其特點(diǎn)
　�。�1）測量范圍廣。邊長測程可從幾km至上千km,可按需布設(shè)控制網(wǎng),簡化加密級別,省去聯(lián)測過渡點(diǎn)。
　　（2）測量精度高�，F(xiàn)今,生產(chǎn)性作業(yè)精度可達(dá)1~21

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