對手持式GPS在工程測繪中的應(yīng)用淺析
宋潔
摘 要:本文作者結(jié)合多年經(jīng)驗，主要對于持式GPS在工程測繪過程中的應(yīng)用進行了分析，希望得到同行的一些建議。
關(guān)鍵詞:手持式; GPS;工程測繪
1 概述
在中小比例測繪或航測調(diào)繪作業(yè)時，要進行岸線(水邊)定位、特殊地物地貌的定位、固定標(biāo)志的尋找和部分散點的定位測量。采用常規(guī)儀器法施測，作業(yè)效率低且難度大，而采用GPS定位施測就能很好地解決這些問題，且更為快捷和滿足相對精度要求。
GPS定位與傳統(tǒng)的測繪方式有很大的不同。其工作原理為；
在通過地心的6個極地軌道面上，均勻分布著24顆GPS衛(wèi)星，這些衛(wèi)星全天候、實時地向地面接受設(shè)備發(fā)送衛(wèi)星星歷等定位和授時信息。用戶接收機根據(jù)接受到的衛(wèi)星信息，實時計算處理所處的位置坐標(biāo)，從而達(dá)到全球性、全天候、連續(xù)的精密三維導(dǎo)航與定位的目的。GPS定位可分為絕對定位(單點定位)和相對定位。GPS絕對定位的實質(zhì)即是空間距離后方交會，它又分靜態(tài)絕對定位和動態(tài)絕對定位。絕對定位是利用待測點到4顆或4顆以上衛(wèi)星的距離，根據(jù)空間距離后方交匯原理確定待測點的WGS-84坐標(biāo)系(即1984年世界大地坐標(biāo)系)中的三維坐標(biāo)相對定位是在兩個或兩個以上的測點上，同時設(shè)置GPS接收機，同步跟蹤相同的GPS衛(wèi)星，確定兩點間在WGS-84坐標(biāo)系中的 基線矢量;差分定位是相對定位的一種特殊應(yīng)用，由基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，為用戶站接收并對其測量數(shù)據(jù)進行改正，以獲得精確的定位結(jié)果。
差分GPS定位既克服了單點定位誤差較大的缺陷，又大大縮短了相對定位的觀測時間，提高了作業(yè)效率。但差分定位存在控制面積小、基準(zhǔn)站點多的問題。近幾年發(fā)展起來的廣域差分GPS采用誤差分離技術(shù)，實時發(fā)布鐘差改正、軌道參數(shù)改正和電離層改正，可以實現(xiàn)數(shù)千公里的精確實時定位，很好地解決了上述問題。GPS測量有偽距、載波相位和多普勒三種方法，其中前兩種方法在實踐中被廣泛采用O對于靜態(tài)相對定位，尤以載波相位測量為主。
與傳統(tǒng)測繪相比，GPS有其明顯的技術(shù)優(yōu)勢:①定位精度高。用載波相位做相對定位，觀測時間少于20min，可以達(dá)到±5mm的距離精度。若采用快速定位方法，觀測時間僅需1min左右，即能達(dá)到±0.1m的距離精度。②提供三維坐標(biāo)。GPS測量，在精確測定觀測站平面位置的同時，還可以精確測定觀測站的大地高程。③觀測站之間無須通視。既要保持良好的通視條件，又要保證測量控制網(wǎng)的良好網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，一直是常規(guī)測量在實踐方面的難題之一。GPS測量可以節(jié)省常規(guī)測量所需的選點造標(biāo)埋石費用，減少觀測時間，經(jīng)濟效益卡分顯著。④全天候作業(yè)。通�？稍谌魏蔚攸c、任何時間測區(qū)正常觀測到5顆以上衛(wèi)星連續(xù)地進行
2 手持式GPS的相關(guān)參數(shù)及性能比測
手持式GPS的測距，采用的是載波相位平滑處理技術(shù)，其處理后的定位精度中誤差在5m左右•在導(dǎo)航功能下，定位誤差與GPS的移動速度成正比，通常為30m左右。其自動定位只需要2min，工作溫度為一25~ 700C、保存溫度為40~80°C，對野外環(huán)境適應(yīng)能力強。
常規(guī)定位時需要設(shè)置的參數(shù)為:
（1）坐標(biāo)格式設(shè)置。一般在WGS-84，BJ-54或西安-80三種坐標(biāo)格式中任選一種(坐標(biāo)格式之間可任意轉(zhuǎn)換)；輸入使用地區(qū)所在的三度帶或六度帶的中央子午線經(jīng)度；輸入比例參數(shù)。
(2)坐標(biāo)參數(shù)的設(shè)置。一共有5個，即DX，DY，DZ，DA和DF，它們分別是大地坐標(biāo)系中X，Y，Z、對應(yīng)橢球之長半軸A、對應(yīng)橢球之扁率F的改正值。
2.1 手持式GPS的相關(guān)參數(shù)的確定
手持式GPS在使用前需要確定的參數(shù)主要有7個。
（1）使用地區(qū)所在的三度帶或六度帶的中央子午線經(jīng)度。例如；采用E111~E114°，經(jīng)度不同時就要及時予以設(shè)置。
（2）比例參數(shù)。一般將scale設(shè)為l，faLseE設(shè)為500000， falsen設(shè)為0，
（3）坐標(biāo)參數(shù)。首先要計算當(dāng)?shù)氐淖鴺?biāo)參數(shù)，方法是；
①搜集使用區(qū)域GP“B”，級網(wǎng)(如果對精度要求不高，也可以是較低等級)三個以上網(wǎng)點的WGS84坐標(biāo)系B（大地緯度），L（大地經(jīng)度），H值和我國坐標(biāo)系（如BJ-S4）B，L，H， 值。
②計算不同坐標(biāo)系的三維直角坐標(biāo)值。（實際工作表）
公式為:
X= (N + H) cosBcosL:
Y二(N + H) cosBsinL:
Z二[N (1-e2) + H]sinB;
N=a/(1-e2)1/2
X，Y，Z為大地坐標(biāo)系中的三維直角坐標(biāo);a為大地坐標(biāo)系對應(yīng)橢球之長半軸;e2為大地坐標(biāo)系對應(yīng)橢球第一偏心率。
③利用求出的WGS84坐標(biāo)系的X，Y，Z，a及f(對應(yīng)橢球之扁率)的平均值減去我國坐標(biāo)系的X，Y，Z，a及f的平均值，就得出了所要求的DX， DY， DZ， DA和DF值。然后將所求得的值分別輸入到手持式GPS中。
2.2 手持式GPS坐標(biāo)參數(shù)的驗證
參數(shù)設(shè)置后，必須要進行驗證。方法是:在使用區(qū)域內(nèi)選擇5個和5個以上的水準(zhǔn)點進行高程實測，實測值與水準(zhǔn)點的采用值對比，如果最大高程偏差小于15m、平均高程偏差小于10m，則計算出的參數(shù)可用，否則，就要重新計算或查找出現(xiàn)問題的原因。
3 手持式GPS的常規(guī)應(yīng)用
常規(guī)應(yīng)用，是指在美國政府不開啟SA的情況下，不必對GPS的坐標(biāo)參數(shù)進行本地化換算 處理和比測，而直接使用的情況。
3.1 依據(jù)已知資料快速尋找實物標(biāo)志
在野外查勘中，參加人員對所查勘區(qū)域的多數(shù)測量標(biāo)志和具體地理位置不夠熟悉，在通常情況下完成這項工作，主要靠詢問當(dāng)?shù)鼐用窈鸵揽克麄兊闹敢齺碚业饺盏牡�。配備手持式GPS 后，只需根據(jù)所收集到的相關(guān)資料和測圖，事先把有關(guān)數(shù)據(jù)輸入到GPS中，在應(yīng)用時根據(jù)需要調(diào)出數(shù)據(jù)。當(dāng)你要尋找一個位置或一個標(biāo)志時，輸入或調(diào)出待查勘點的位置坐標(biāo)，開啟導(dǎo)航功能，儀器的屏幕上就時刻指示著你所在的位置與查勘點的相對位置數(shù)據(jù)，使你快速、準(zhǔn)確、無誤地到達(dá)日的地。到達(dá)目的地或超過目的地時儀器會及時提醒你。
3.2 快速測出查勘實物標(biāo)志的平面位置和高程
當(dāng)你要測出查勘實物標(biāo)志的平面和高程位置時，你可打開儀器，設(shè)置好你所需要的數(shù)據(jù)模式，然后把手持式GPS放到待測物的中心位置，約2mm之后(此時數(shù)據(jù)顯示處于穩(wěn)定狀態(tài))即可讀得平面坐標(biāo)位置的精度(通�？蛇_(dá)到10m以內(nèi)) ，高程的精度相對要差一些。

4 手持式GPS的拓展運用
某區(qū)面積約1050km2范圍內(nèi)的E級GPS點成果，使用手持式GPS進行了定位比測，收集到了大量的比測資料。既有平面比測成果，又有高程比測成果的測點24個經(jīng)比測所得的平均位移為；5.2m，最大位移為；17.8m，最小位移為；0.3m，位移中誤差為；6.3m，高程比測的中誤差為；6.4m。
根據(jù)比測資料的統(tǒng)計計算，我們可以發(fā)現(xiàn)；手持式GPS的測量精度，與測點所處的位置接受衛(wèi)星信號的好壞有關(guān)；同一測點的平面誤差與高程誤差不相關(guān)(相關(guān)系數(shù)只有0.155)；平面誤差系列與高程誤差系列能通過t檢驗，說明兩系列為同一總體樣本。
根據(jù)所有24點比測數(shù)據(jù)，其中定位誤差較大的測點(大于10m)系處于建筑物密集、桿線較多、高大樹木等的測點，其天雪覆蓋率較高。如果剔除該部分測點，定位中誤差則更��；而且當(dāng)對于持式GPS進行坐標(biāo)參數(shù)的計算與修正后，只要在定點的測量時間達(dá)到2min以上，就可使其平面定位中誤差控制在7m以內(nèi)。因此，在平面定位方面，可用其進行1/5000及以下精度的水邊、水下定位測量或1/10000及以下精度的地形散點、地物地貌的平面定位測量。
5 手持式GPS使用時注意事項
(1)使用前要對于持式GPS進行檢查，包括:外觀、電池、屏顯、功能等。
(2)參數(shù)的換算、設(shè)置要正確。需要驗證的參數(shù)，必須通過驗證后才能使用。
（3）定點測量與導(dǎo)航功能一定不能混為一團，導(dǎo)航(動態(tài))的誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于定點測量的誤差。
（4）除定位測量前需完成初始化之外，測點定位作業(yè)時還應(yīng)保證在測點處略作停留(不得少于1min)。
（5）注意定位作業(yè)時屏顯導(dǎo)航定位精度指標(biāo)和天空覆蓋率。當(dāng)衛(wèi)星信號可能存在問題(少于4顆衛(wèi)星)或有其它影響GPS定位測量精度的因素時(如強電磁干擾等) ，應(yīng)暫停(等待衛(wèi)星信 好轉(zhuǎn)或其它影響因素排除)或放棄定位作業(yè)。
6 結(jié) 語
手持式GPS，因其價格低廉、社會應(yīng)用普及應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，受到了交通、測繪、勘探、探險、旅游、林業(yè)、礦產(chǎn)、水利等諸多行業(yè)領(lǐng)域的青睞。但要使其在測繪領(lǐng)域更好地發(fā)揮作用，要求我們不僅要正確設(shè)置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，還要嚴(yán)格按操作規(guī)程正確地操作和使用、及時地修訂和完善技術(shù)規(guī)定與操作規(guī)程，這樣才能更好地達(dá)到應(yīng)用目的。

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