1、论 GPS 技术在地形测绘中的运用摘要：全球定位系统 GPS 是美国研制的新一代卫星导航系统。GPS系统可以向全球任何用户全天候地提供高精度的三维坐标、三维速度以及时间信息，应用广泛，前景远大。本文浅析了 GPS 技术在地形测绘中的运用。 关键词：GPS 技术；地形测绘；测量精度 中图分类号： Q142.4 文献标识码：A 文章编号： 引言 GPS 技术已经广泛应用于大地测量、工程测量、控制测量、地籍测量、精密工程测量以及车辆、船舶及飞机导航等方面。本文探讨了 GPS 技术在地形测绘中的应用。 1、全球卫星定位系统概述 1.1GPS 全球卫星定位系统的组成 如下图所示，GPS 全球卫星定位系统
2、主要由 3 部分组成：GPS 卫星组成的空间部分、若干地面站组成的控制部分和以接收机为主体的广大用户部分。三者既有独自的功能和作用，又是有机地组合而缺一不可的整体系统。 1.2 空间卫星部分 空间部分由 24 颗（其中有 3 颗是备用卫星）GPS 卫星组成，如下图所示，平均分布在 6 个轨道面内，卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55，各轨道平面升交点的赤经相差 60。卫星覆盖全球上空，保证在地球各处能时时观测到 4 颗以上卫星。空间卫星的作用主要是接收地面注入站发送的导航电文和其他信号，向广大用户发送 GPS 导航定位信号，并用电文的形式提供卫星自身的概略位置，以便用户接收使用。 1.3 地面
3、监控部分 地面监控部分负责监控全球定位系统的工作，包括主控站（1 个） 、监控站（5 个）和注入站（3 个） 。其主要作用是调整卫星的运行轨道，监控每个卫星的使用状况，统一卫星的时间，收集有关信息并对其处理等。 1.4 用户部分 用户部分包括 GPS 接收机硬件、数据处理软件和微处理机及其终端设备等。GPS 接收机是用户部分的核心，一般由传感器（包括主机、天线和前置放大器） 、控制器和电源 3 部分组成。其主要功能是跟踪接收 GPS卫星发射的信号并进行变换、放大和处理，以便测量出 GPS 卫星信号从卫星到接收机天线的传播时间；解释导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。GPS
4、 接收机的基本类型分导航型、授时型和大地型。大地型接收机的类型分为单频（L1）型和双频（L1，L2）型，而双频型接收机又有 C/A 码相关和 C/A 码、尸码相关两种。 在精密定位测量工作中，一般采用大地型双频接收机或单频接收机。单频接收机适用于 10km 左右或更短距离的精密定位测量，其相对精度能达到（5mm+1ppmD） ，D 为基线长度。而 D 为基线长度。而双频接收机由于能同时接收卫星发射的两种频率（L1，L2）的载波信号，故可进行长距离的精密定位测量，其相对精度可优于（5mm+1ppmD） ，双频接收机已成为广泛应用的主流机型。 1.5GPS 观测数据处理 GPS 数据预处理是对原始
5、观测数据进行编辑、加工与整理、分流出各种专用的信息文件，为进一步的平差计算做准备。从原始记录中，通过解码将各项数据分类整理，剔除无效观测值和信息，形成各种数据文件，如星历文件、观测文件和测站信息文件等，然后进行观测数据的平滑、滤波、周跳探测、载波相位观测值的修复以及对观测值进行各项必要的改正。观测成果的外业检核是确保外业观测质量，实现预期定位精度的重要环节。所以当观测结束后，必须在测区及时对外业的观测数据质量进行检核和评价，以便及时发现不合格的数据，并根据情况采取淘汰或重测、补测措施。同步观测数据的检核，主要指观测数据的剔除和观测值的残差之差。应用 GPS 技术进行土地利用调查控制测量，首先应
6、对原始观测数据进行预处理，解算出各基线向量，然后再对同步观测数据进行检核、重复边的检核以及环闭合差的检核，并且 3 种检核应满足现行GPS 测量规范的精度指标要求。观测数据预处理完毕之后，根据预处理所获得的标准化数据文件，便可以观测数据的平差计算。以所有独立基线组成闭合图形，以三维基线向量及其相应方差作为观测信息，以一个点的 WGS-84 系三维坐标作为起算依据，进行 GPS 网的三维无约束平差。 2、GPS 技术在地形测绘中的运用 2.1 技术指标 选用 Timble 系列双频 GPS 接收机进行观测，接收机标称精度为5mm110-6mm。 2.2 外业观测方法 用 6 台 GPS 接收机进
7、行同步观测，GPS 网外业观测由西向东以边连接方式构网观测。接收机的天线利用脚架安置在标志中心的垂线方向上，用测前经过检验、校正的光学对点器进行对中、整平，中误差小于 3mm。天线量高使用特制的测高尺，测前测后各量 1 次，取位至 0.001m，取其中数分别记录到外业记录手簿上。观测完后构成 GPS 基线向量网，网中几何图形基本是三角形，各测站数据剔除率小于 10%，外业观测数据良好。2.3 内业解算 2.3.1 数据处理 外业数据处理使用美国 Trimble 公司出版的 TGO116 商业软件包。外业当天的数据采集后即传输到计算机，并将外业记录的天线高度输入计算机，然后使用多基线批处理程序进
8、行自动数据处理，同时这也是对外业数据质量的检验。 根据计算机自动处理后输出的基线质量摘要，检查基线方差比、中误差、周跳数和测站数据剔除率等。GPS 网观测采用边连接方式，基线长度一般都小于 10km，使用 L1 频率采集的数据自动处理后，基线质量都在限差的 1/2 以内。 2.3.2 闭合环检验 由若干个独立观测边组成的闭合环在网中数量较多，为了检查控制网的精度情况，统计出环闭合差大小，反映 GPS 网内部结构强度，在闭合环检验时，只进行了三节点闭合环检验，GPS 网中每条边至少被检查过1 次。GPS 网中被检验闭合环 95 个，均通过了闭合环检验。 2.3.3 GPS 网平差 （1）GPS
9、网无约束平差（WGS-84 系） 。网平差计算使用 TGO116 软件包。网平差前对解算出的基线进行了选择，选出基线质量好的组成 GPS平差网。程序使用 GPS 自由网的重心（即网中各点的平均坐标）来控制整个网的平移和旋转，用内部约束以满足网中方位角和尺度的约束条件。GPS 网在 WGS-84 系中无约束平差表明，本次施测的 GPS 网内符合精度较好（详见 GPS 网无约束平差资料） 。 （2）GPS 网二维约束平差（北京 1954 坐标系） 。GPS 网共联测了 3个已知点（等） 、 （等） 、 （等） 。平差前对联测的已知点的精度进行了检查，固定黄岭和九龙山 2 个点，检查摩天岭，和已知坐
10、标比较，结果如下：dx=0.116，dy=-0.016m。 从检查结果可以看出，3 个点之间精度较为一致。最后决定用这 3 个已知点作为此次 GPS 网约束平差的起算点，固定 3 个起算点的平面坐标约束平差后，GPS 网在北京 1954 坐标系中的参考因子为 1.00，自由度为167，平差收敛。 基线边长相对精度高于城市测量规范所要求 1/80000；基线方位中误差小于 5 城市测量规范 6 要求的2.5d。 2.3.4 图根控制 在首级控制完成后，由于时间紧，任务量大，按照常规方法进行图根布控已不现实，故决定利用 GPS-RTK 技术进行图根布控。RTK 技术具有自动记录数据、精度高、应用广
11、泛等特点。利用 RTK 技术，在短短 10 余天完成对 60km2 范围的图根布控，共布控图根点 392 个。测量结束时，甲方对图根控制进行验收，最弱点位误差5cm，最弱边相对中误差1/4000，符合全球定位系统（GPS）测量规范要求。 结束语 GPS 系统已广泛应用于大地测量、工程测量，并已开始应用于航空摄影测量和地形地籍测量各方面。特别是在地形地籍测量方面，RTK 技术（实时动态定位技术）的出现，产生了 GPS 全站仪。这样，利用 GPS 全站仪进行数字地形测量的数据采集，将变成地形测量数据采集的常用手段之一。 参考文献 1潘建华.测绘新技术在工程测量中的应用J.科海故事博览.科技探索，2012 2徐绍铨，张华海等.GPS 测量原理及应用M.武汉：武汉测绘科技大学出版社，2011
