摘要：隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的快速發(fā)展，GPS測(cè)量技術(shù)也日益成熟，GPS測(cè)量技術(shù)逐步在工程測(cè)繪中得到應(yīng)用。本文作者首先介紹了GPS 測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)，然后分析了GPS 測(cè)量過(guò)程實(shí)施步驟，最后就GPS技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù); 工程測(cè)繪;應(yīng)用

引言

GPS 中文簡(jiǎn)稱(chēng)“球位系”，漢譯為“全球定位系統(tǒng)”或者“衛(wèi)星實(shí)時(shí)測(cè)距導(dǎo)航”。該系統(tǒng)于20 世紀(jì)70 年代由美國(guó)陸�？杖�軍聯(lián)合組織研制，耗時(shí)歷經(jīng) 20 年， 耗資將近 300 億美元，于20世紀(jì)90年代初期建成，主要為軍事導(dǎo)航定位服務(wù)。GPS通過(guò)衛(wèi)星發(fā)射在全球范圍內(nèi)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)進(jìn)行定位導(dǎo)航，全球覆蓋率高達(dá) 98%，它的建成對(duì)美國(guó)重大航天技術(shù)的建成具有重要意義，標(biāo)志著美國(guó)導(dǎo)航技術(shù)的時(shí)代性進(jìn)步。GPS不但可以運(yùn)用到國(guó)家軍事國(guó)防建設(shè)服務(wù)領(lǐng)域中，同時(shí)在民用上也被廣泛應(yīng)用，而GPS定位技術(shù)的逐步成熟，也促使測(cè)繪技術(shù)掀起新的科學(xué)技術(shù)革命，推動(dòng)了測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。

一、GPS 測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

GPS 測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)主要有高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛等。

1.1 定位精度高

應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明，GPS 相對(duì)定位精度在50km 以?xún)?nèi)可達(dá)10-6，100km-500km可達(dá)10-7，1000km可達(dá)10-9。在 300m~1500m工程精密定位中，1小時(shí)以上觀(guān)測(cè)的解其平面其平面位置誤差小于1mm，與ME-5000電磁波測(cè)距儀測(cè)定得邊長(zhǎng)比較，其邊長(zhǎng)較差最大為 0.5mm，校差中誤差為 0.3mm。

1.2 觀(guān)測(cè)時(shí)間短

隨著 GPS 系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20km以?xún)?nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需15min-20min;快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在 15km 以?xún)?nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀(guān)測(cè)時(shí)間只需1min-2min，然后可隨時(shí)定位，每站觀(guān)測(cè)只需幾秒鐘。

1.3 GPS 作業(yè)自動(dòng)化、集成化程度高 ，測(cè)繪功能強(qiáng)大

GPS 可勝任各種測(cè)繪內(nèi)、外業(yè)。流動(dòng)站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無(wú)需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能，使輔助測(cè)量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。

二、GPS 測(cè)量過(guò)程實(shí)施

2.1 選點(diǎn)以及建立標(biāo)志

基于GPS測(cè)量站內(nèi)部之間不要求通視，并且網(wǎng)型結(jié)構(gòu)體系較為靈活，因此選點(diǎn)工作的順利進(jìn)行就得以保證，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)便的測(cè)量，要比常規(guī)測(cè)量方式更加省時(shí)高效; 也省去了建立視標(biāo)的費(fèi)用降低經(jīng)濟(jì)成本。但作為GPS技術(shù)在工程測(cè)繪測(cè)量過(guò)程實(shí)施環(huán)節(jié)中有它的自身特性要求，要求滿(mǎn)足：選點(diǎn)位置要選擇交通方便、接收設(shè)備容易安裝、視野開(kāi)闊的點(diǎn)位，以保證地面控制網(wǎng)能夠進(jìn)行常規(guī)聯(lián)測(cè);同時(shí)選點(diǎn)位置要盡量避免電磁波反射、吸收、干擾的金屬以及障礙物。諸如，高壓線(xiàn)、有線(xiàn)電臺(tái)、高層建筑施工現(xiàn)場(chǎng)、水區(qū)等;選點(diǎn)位置確立后，應(yīng)做標(biāo)志，埋放標(biāo)石，用來(lái)方便保存。最后，應(yīng)繪制點(diǎn)之記GPS網(wǎng)選點(diǎn)圖，作為提交的選點(diǎn)技術(shù)資料。

2.2 外業(yè)觀(guān)測(cè)

外業(yè)觀(guān)測(cè)是指GPS通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，將接收采集而來(lái)的信號(hào)對(duì)測(cè)量工作進(jìn)行接收操作和觀(guān)測(cè)記錄，以及準(zhǔn)確定位安裝天線(xiàn)的作業(yè)流程。外業(yè)觀(guān)測(cè)應(yīng)予嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)設(shè)計(jì)操作規(guī)范進(jìn)行科學(xué)操作、實(shí)施，以求協(xié)調(diào)好外業(yè)觀(guān)測(cè)的具體進(jìn)程安排，高效科學(xué)合理地提高進(jìn)程的質(zhì)量。在完成外業(yè)觀(guān)測(cè)的作業(yè)流程進(jìn)度之前，要對(duì)選定的接收設(shè)施實(shí)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)。天線(xiàn)的妥善安置是實(shí)現(xiàn)精密定位的重要條件之一，其具體內(nèi)容包括：對(duì)中、整平、定向并量取天線(xiàn)高。接收機(jī)操作的具體方法步驟，詳見(jiàn)儀器使用說(shuō)明書(shū)。實(shí)際上，目前GPS接收機(jī)的自動(dòng)化程度相當(dāng)高，一般僅需按動(dòng)若干功能鍵，就能順利地自動(dòng)完成測(cè)量工作;并且每做一步工作，顯示屏上均有提示，做到實(shí)時(shí)記錄，減少外作用操作量。觀(guān)測(cè)記錄的形式一般有兩種: 一種由接收機(jī)自動(dòng)形成，并保存在機(jī)載存儲(chǔ)器中，供隨時(shí)調(diào)用和處理，這部分內(nèi)容主要包括接收到的衛(wèi)星信號(hào)、實(shí)時(shí)定位結(jié)果及接收機(jī)本身的有關(guān)信息。另一種是測(cè)量手簿，工作量大，需要有人隨時(shí)記錄。觀(guān)測(cè)記錄是GPS 定位的原始數(shù)據(jù)，也是進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理的唯一依據(jù)，必須妥善保管。

2.3 成果檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)有效處理

外業(yè)檢驗(yàn)是檢測(cè)觀(guān)測(cè)成果的必要作業(yè)工序，它是實(shí)現(xiàn)觀(guān)測(cè)質(zhì)量以及預(yù)期定位精準(zhǔn)度的重要程序，因此，當(dāng)觀(guān)測(cè)工作任務(wù)完成時(shí)，務(wù)必在測(cè)區(qū)要盡快對(duì)外業(yè)技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致檢驗(yàn); 同時(shí)根據(jù)實(shí)際的過(guò)程可以做出必要的重測(cè)或者施行補(bǔ)測(cè)舉措; 對(duì)照相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，對(duì)各項(xiàng)檢核任務(wù)加以謹(jǐn)慎檢查，以保證測(cè)量過(guò)程準(zhǔn)確無(wú)誤，之后才能運(yùn)用平差計(jì)算方式對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理。GPS測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用，是采取連續(xù)同步的觀(guān)測(cè)方法，其觀(guān)測(cè)時(shí)間大概15s就自動(dòng)實(shí)時(shí)做出數(shù)據(jù)記錄，實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)與信息量可謂龐大，這是一般常規(guī)通用的測(cè)量方法無(wú)可比擬的;另外，以數(shù)學(xué)模型、常規(guī)算法等方式測(cè)量處理過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜。實(shí)際工作中，借助電子網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工分析，自動(dòng)化處理，這也是GPS被廣泛使用到工程測(cè)繪的具體原因之一。

三、GPS 測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

在工程測(cè)繪中常用的 GPS 測(cè)量技術(shù)是 RTK(Real-time kinematic)，即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法。該方法是以 GPS 測(cè)量方法為基礎(chǔ)。這是一種新的常用的GPS測(cè)量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測(cè)圖，各種控制測(cè)量帶來(lái)了新曙光 ，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。

3.1 控制城市建設(shè)中測(cè)繪精度

為滿(mǎn)足城市建成區(qū)和規(guī)劃區(qū)測(cè)繪的需要 ，城市控制網(wǎng)具有控制面積大、精度高、使用頻繁等特點(diǎn)，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)導(dǎo)線(xiàn)大多位于地面，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，這些點(diǎn)常被破壞，影響了工程測(cè)量的進(jìn)度，如何快速精確地提供控制點(diǎn)，接影響工作的效率。常規(guī)控制測(cè)量如導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量，要求點(diǎn)間通視，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，且精度不均勻。GPS 靜態(tài)測(cè)量，點(diǎn)間不需通視且精度高，但數(shù)據(jù)采集時(shí)間長(zhǎng)，還需事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能實(shí)時(shí)知道定位結(jié)果，如內(nèi)業(yè)發(fā)現(xiàn)精度不符合要求則必須返工。應(yīng)用 RTK 技術(shù)將無(wú)論是在作業(yè)精度，還是作業(yè)效率上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3.2 應(yīng)用于大地控制

GPS 定位技術(shù)以其精度高、速度快、費(fèi)用省、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)良特性被廣泛應(yīng)用于大地控制測(cè)量中。時(shí)至今日 ，可以說(shuō) GPS 定位技術(shù)己完全取代了用常規(guī)測(cè)角、測(cè)距手段建立大地控制網(wǎng)。我們一般將應(yīng)用 GPS 衛(wèi)星定位技術(shù)建立的控制網(wǎng)叫 GPS 網(wǎng)。歸納起來(lái)大致可以將 GPS 網(wǎng)分為兩大類(lèi) ：一類(lèi)是全球或全國(guó)性的高精度GPS 網(wǎng) ，這類(lèi) GPS 網(wǎng)中相鄰點(diǎn)的距離在數(shù)千公里至上萬(wàn)公里 ，其主要任務(wù)是作為全球高精度坐標(biāo)框架或全國(guó)高精度坐標(biāo)框架 ，為全球性地球動(dòng)力學(xué)和空間科學(xué)方面的科學(xué)研究工作服務(wù)，或用以研究地區(qū)性的板塊運(yùn)動(dòng)或地完形變規(guī)律等問(wèn)題。另一類(lèi)是區(qū)域性的 GPS 網(wǎng) ，包括城市或礦區(qū) GPS 網(wǎng) ，GPS 工程網(wǎng)等 ，這類(lèi)網(wǎng)中的相鄰點(diǎn)間的距離為幾公里至幾十公里.其主要任務(wù)是直接為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。目前，在 GPS 技術(shù)開(kāi)發(fā)和實(shí)際應(yīng)用方面 ，國(guó)際上較為知名的生產(chǎn)廠(chǎng)商有美國(guó) Trimble(天寶)導(dǎo)航公司、瑞士 Leica Geosystems(徠卡測(cè)量系統(tǒng))、日本 TOPCON(拓普康)公司 ，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家主要有南方測(cè)繪、中海達(dá)、華測(cè)、科力達(dá)等。

南方測(cè)繪的 GPS 接收機(jī)產(chǎn)品主要有 RTK S82、S86、S82-1、S86-T、藍(lán)牙靜態(tài) GPS 等。其中S82-T采用一體化設(shè)計(jì)，集成GPS 天線(xiàn)、UHF數(shù)據(jù)鏈、BD970、天寶嵌入式定位技術(shù)、即插即用式U盤(pán)設(shè)計(jì)、藍(lán)牙通訊模塊、鋰電池 ，其 RTK 定位精度 ：平面±(1cm+1ppm)，垂直 ±(2cm+1ppm);靜態(tài)后處理精度：平面±(2.5mm+1ppm)，垂直±(5mm+1ppm);單機(jī)定位精度：1.5m(CEP);碼差分定位精度 ：0.45m(CEP)。

3.3 RTK 技術(shù)在地籍和房地產(chǎn)工程測(cè)繪中的應(yīng)用

地籍和房地產(chǎn)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)繪地籍與房地產(chǎn)圖 ，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 GIS 系統(tǒng) ，可及時(shí)地、精確地獲得地籍和房地產(chǎn)圖。但在影響 GPS 衛(wèi)星信號(hào)接收的遮蔽地帶 ，應(yīng)使用全站儀、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)行檢核。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 GPS 技術(shù)。傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)野外檢測(cè)采用簡(jiǎn)易補(bǔ)測(cè)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)于變通范圍較大的地區(qū)采用平板儀補(bǔ)測(cè)。這種方法速度慢、效率低，而應(yīng)用 GPS 新技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(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。

四、結(jié)束語(yǔ)

與以往傳統(tǒng)的工程測(cè)繪方法對(duì)比，GPS 測(cè)繪更具時(shí)代性意義，同時(shí)其定位精準(zhǔn)、成本較低、點(diǎn)間無(wú)需通視，更重要的是不受自然天氣因素影響，另外設(shè)備本身輕巧方便，操作科學(xué)簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)二十多年的努力實(shí)踐證明，GPS 定位系統(tǒng)是一個(gè)準(zhǔn)確精度高、全球全天候的智能無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航，在工程測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用。

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