蘭景權(quán)

摘 要： 下文當(dāng)中GPS測(cè)量技術(shù)的原理及其特點(diǎn)進(jìn)行介紹，并對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行闡述，希望能為有關(guān)人士提供一些借鑒和參考。

關(guān)鍵詞： 工程測(cè)量;GPS 測(cè)量技術(shù);應(yīng)用;探討

【中圖分類號(hào)】P228.4 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.29.053

1 GPS測(cè)量技術(shù)原理及特點(diǎn)

1.1 原理。GPS是Global Poaitioning System 的簡(jiǎn)稱——即全球定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)是美國(guó)在20世紀(jì)70年代研究開(kāi)發(fā)形成的，作為一種先進(jìn)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可以全方位的對(duì)海陸空進(jìn)行三維導(dǎo)航與定位，而且精度非常高、操作方便，可以全天候不間斷地開(kāi)展定位測(cè)量工作。正是由于GPS技術(shù)優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越被測(cè)繪工作者所青睞，GPS系統(tǒng)作為一種運(yùn)用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，將GPS接收機(jī)架設(shè)在相應(yīng)位置，便可同時(shí)對(duì)三顆以上GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文進(jìn)行接收，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理、計(jì)算，便可獲取某一時(shí)刻GPS 接收機(jī)到 GPS 衛(wèi)星之間的距離，而且還能獲取精準(zhǔn)的三維坐標(biāo)空間位置信息。

1.2 特點(diǎn)

1.2.1 測(cè)站之間無(wú)需通視。GPS工程測(cè)量過(guò)程當(dāng)中，各個(gè)測(cè)站之間不必不必進(jìn)行通視，可以靈活地選擇點(diǎn)位，操作起來(lái)非常簡(jiǎn)單，可以結(jié)合實(shí)際工程對(duì)相應(yīng)的位置進(jìn)行合理選擇，避免大地網(wǎng)測(cè)定過(guò)程測(cè)量過(guò)程當(dāng)中過(guò)度點(diǎn)以及傳算點(diǎn)相關(guān)測(cè)量工作。

1.2.2 具有很高的測(cè)量精度。通常雙頻GPS接收機(jī)為5mm+5ppm的基線解精度，紅外儀達(dá)到5mm+5ppm測(cè)量精度，GPS和紅外儀有著相同的測(cè)量精度，然而距離較長(zhǎng)，在測(cè)量精度上，GPS更具優(yōu)勢(shì)。

1.2.3 測(cè)量時(shí)間短。在對(duì)GPS控制網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)過(guò)程中，不同測(cè)站需要30min～40min觀測(cè)時(shí)間，測(cè)量過(guò)程當(dāng)中運(yùn)用快速靜態(tài)定位手段，能夠大幅減少測(cè)量時(shí)間，如果發(fā)揮實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法，測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)可以在5s 內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

1.2.4 獲取三維坐標(biāo)。利用GPS對(duì)觀測(cè)站平面位置精確測(cè)量過(guò)程當(dāng)中，可以對(duì)其觀測(cè)站大地高程精確測(cè)定。

1.2.5 操作起來(lái)非常簡(jiǎn)單。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，GPS測(cè)量系統(tǒng)接收機(jī)也獲得了很大的改進(jìn)與完善，自動(dòng)化水平大幅提升，而且其體積也不斷減少，重量逐漸變輕，這些是外業(yè)測(cè)量工作人員的勞動(dòng)力投入大幅減少。

2 GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用

2.1 常規(guī)靜態(tài)測(cè)量。該模式主要運(yùn)用臺(tái)及以上的GPS接收機(jī)進(jìn)行測(cè)量，在一條或者多條基線兩端進(jìn)行安裝，對(duì)四顆以上的衛(wèi)星同步進(jìn)行觀測(cè)，不同的時(shí)段，考慮基線長(zhǎng)度與測(cè)量等級(jí)進(jìn)行45分鐘以上時(shí)間觀測(cè)，定位精度保持在5mm+1ppm。在建立全球性以及國(guó)家大地控制網(wǎng)過(guò)程中靜態(tài)測(cè)量應(yīng)用非常普遍。

2.2 快速靜態(tài)測(cè)量。此類測(cè)量模式是將GPS接收機(jī)在已知測(cè)站上進(jìn)行安裝，當(dāng)做基準(zhǔn)站，對(duì)于各可見(jiàn)衛(wèi)星持續(xù)跟蹤觀測(cè)，移動(dòng)站接收機(jī)依次對(duì)各測(cè)站進(jìn)行測(cè)量，各個(gè)測(cè)站進(jìn)行數(shù)分鐘觀測(cè)，在建立控制網(wǎng)與加密測(cè)量以及地籍測(cè)量工程測(cè)量當(dāng)中應(yīng)用比較普遍，這種觀測(cè)方法，需要在觀測(cè)時(shí)段當(dāng)中確保觀測(cè)衛(wèi)星達(dá)到五顆以上，基準(zhǔn)點(diǎn)和流動(dòng)點(diǎn)距離在20km以內(nèi)。

2.3 準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量。此類模式是將GPS接收機(jī)安裝在已知測(cè)站上，對(duì)全部的可見(jiàn)衛(wèi)星進(jìn)行持續(xù)跟蹤觀測(cè)，初始化后的移動(dòng)站接收機(jī)，依次到各代測(cè)測(cè)站，各個(gè)測(cè)站進(jìn)行幾個(gè)力源數(shù)據(jù)觀測(cè)，此類方法于快速靜態(tài)觀測(cè)存在很大不同，這種觀測(cè)除具有不同觀測(cè)時(shí)間之外，在搬移動(dòng)站時(shí)，不可以失鎖，應(yīng)當(dāng)在已知點(diǎn)，通過(guò)其他方法進(jìn)行初始化，在寬闊地區(qū)加密控制測(cè)量，以及工程定位測(cè)量，線路測(cè)量，剖面測(cè)量等很多方面應(yīng)用普遍。

2.4 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量。這種測(cè)量模式是高精度的實(shí)時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，這種模式測(cè)量過(guò)程當(dāng)中具體的方法是，是將GPS基準(zhǔn)站接收機(jī)架設(shè)在已知測(cè)站上，并構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈，對(duì)可見(jiàn)衛(wèi)星進(jìn)行聯(lián)系跟蹤，記住數(shù)據(jù)鏈將數(shù)據(jù)發(fā)送至移動(dòng)站，移動(dòng)站數(shù)據(jù)鏈準(zhǔn)站發(fā)射的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，并通過(guò)移動(dòng)站接收機(jī)進(jìn)行處理，對(duì)移動(dòng)站高精度位置實(shí)時(shí)確定。DGPS被稱之為實(shí)時(shí)差分測(cè)量，達(dá)到亞米級(jí)到米級(jí)的精度。這種測(cè)量方式，是基準(zhǔn)站測(cè)量獲得的RTCM 數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)鏈向移動(dòng)轉(zhuǎn)進(jìn)行傳輸，這些RTCM數(shù)據(jù)被移動(dòng)站接收之后，自動(dòng)的開(kāi)展簡(jiǎn)算工作，并通過(guò)差分改正獲得相應(yīng)的坐標(biāo)。RTK技術(shù)是通過(guò)載波相位觀測(cè)量為前提，依照實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量，這種測(cè)量技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)高速發(fā)展的新突破，和DGPS測(cè)量非常的類似，觀測(cè)到的基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，向移動(dòng)站進(jìn)行發(fā)送，不對(duì)RTCM 數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，移動(dòng)站接收機(jī)，通過(guò)在及處理方法實(shí)時(shí)處理，獲知和DGPS更高精度的測(cè)量結(jié)果，這種測(cè)量方法通常達(dá)到2cm左右的測(cè)量精度。

3 工程測(cè)量當(dāng)中GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

3.1 GPS測(cè)量技術(shù)外業(yè)實(shí)施

3.1.1 選點(diǎn)。選擇點(diǎn)位方面，應(yīng)當(dāng)首選視野開(kāi)闊利于接收設(shè)備安裝區(qū)域，選點(diǎn)過(guò)程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)重視考慮：（1）某個(gè)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)和某一點(diǎn)通是，便于后續(xù)測(cè)量工作;（2）15°的視野周?chē)叨葲](méi)有障礙物存在，避免影響信號(hào);（3）微波站以及電視臺(tái)等大功率無(wú)線電發(fā)射源不應(yīng)在點(diǎn)位附近，至少得保持在200m以上，和高壓電線相比大于50米的距離，以免電磁場(chǎng)影響信號(hào)，控制多路徑控制多路徑效應(yīng)造成的不利影響。（4）選擇點(diǎn)位時(shí)，應(yīng)當(dāng)有著較為穩(wěn)定的地面基礎(chǔ)，交通非常方便，具有很好的保存條件，利于測(cè)量工作開(kāi)展，更能為以后觀測(cè)和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。（5）完成選點(diǎn)工作之后，根據(jù)有關(guān)要求對(duì)標(biāo)識(shí)進(jìn)行埋設(shè)，其穩(wěn)定堅(jiān)固，并做好記錄。

3.1.2 觀測(cè)。外業(yè)觀測(cè)過(guò)程當(dāng)中，主要涉及安裝天線以及開(kāi)機(jī)觀測(cè)，測(cè)定相關(guān)氣象信息數(shù)據(jù)，記錄觀測(cè)內(nèi)容，并在存儲(chǔ)設(shè)備上存儲(chǔ)有關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)觀測(cè)手薄進(jìn)行填寫(xiě)。

3.2 GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)處理。處理GPS數(shù)據(jù)過(guò)程當(dāng)中主要的流程包括：將GPS接收機(jī)記錄的觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯?chǔ)設(shè)備之后， 就需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分流，即從原始記錄中，通過(guò)解碼將各種數(shù)據(jù)分類整理，剔除無(wú)效觀測(cè)值和冗余信息，形成各種數(shù)據(jù)文件，如星歷文件、觀測(cè)文件和測(cè)站信息文件等。統(tǒng)一數(shù)據(jù)文件格式，將不同類型接收機(jī)的數(shù)據(jù)記錄格式、項(xiàng)目和采樣密度和觀測(cè)值數(shù)據(jù)單位統(tǒng)一為標(biāo)準(zhǔn)化的文件格式，以便統(tǒng)一處理。采用多項(xiàng)式擬合法，平滑GPS衛(wèi)星每小時(shí)發(fā)送的軌道參數(shù)，使觀測(cè)時(shí)段的衛(wèi)星軌道標(biāo)準(zhǔn)化。探測(cè)周跳、修復(fù)載波相位觀測(cè)值。對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行必要修改，在GPS觀測(cè)值中加入對(duì)流層改正， 單頻接收的觀測(cè)值中加入電離層改正。預(yù)處理的主要目的是凈化觀測(cè)值，提高觀測(cè)值的精度。一般的數(shù)據(jù)處理軟件都采用站星雙差觀測(cè)值。

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