GPS定位系统在工程测量中的应用

发布时间：2022-10-05 21:44 热度：

　　摘要：本文主要阐述了GPS系统的组成与测量特点及GPS系统在工程测量中的应用，同时根据实践探讨了利用RTK技术快速测定界址点及GPS界址点的精度检查进行了分析。
　　关键词：GPS全球定位系统；控制测量；地形测量

　　1.GPS系统的组成与测量特点
　　GPS全球定位系统是由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户还应有卫星接收设备。GPS全球定位系统的测量有以下特点：
　　1.1测站之间无需通视
　　测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。
　　1.2定位精度高
　　一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1×10-6，而红外仪标称精度为5mm+5×10-6，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。实验证明，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500km的基线上可达10-6～10-7。
　　1.3观测时间短
　　在采用GPS布设控制网时，每个测站上的观测时间一般在30～40min之间，观测时间很短；采用快速静态定位方法时，观测时间更短。如，使用Timble4800GPS接收机的RTK法可在5s以内求得测点坐标。
　　1.4提供三维坐标
　　GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确地测定观测站的大地高程。
　　1.5操作简便
　　GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋于小型化和操作“傻瓜”化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其他观测工作如卫星的捕获、跟踪观测等均由仪器自动完成。
　　1.6全天候作业
　　GPS观测可在任何地点、任何时间连续地进行，一般不受天气变化的影响。
　　2.GPS系统在工程测量中的实践与应用
　　2.1控制测量中的应用
　　常规控制测量如三角测量、导线测量，通常是先布设控制网点，在国家高等级控制网点的基础上加密次级控制网点，以往是利用全站仪及棱镜等实施，而在这一过程中要求点间必须通视，而且外业中不能及时知道测量成果的精度，耗力费时。
　　GPS静态相对定位系统测量时，无需点间通视，就能高精度地进行测定，还可以高精度快速地测定各等级控制点的坐标。但是GPS静态相对定位系统只需要时间进行数据处理，而不能实时定位并知道定位精度，内业处理后，如果发现精度不符合要求，必须返工测量。随着RTK技术的出现，控制测量既能实时知道定位结果，又能实时知道定位精度，这样大大提高了作业效率。
　　2.2RTK在地形测图中的应用
　　由于RTK技术可进行实时定位以达到厘米级的精度,因此，RTK技术可用于控制测量、地形测图、地籍等测量中。
　　地形测图一般是用全站仪采集地形、地物碎部点，利用测图软件电脑成图。其要求是不仅测站点与被测的地物、地貌碎部点之间通视，而且还需要2～3人同时进行操作。
　　采用RTK技术进行测图时，一人在基准站架好仪器，另一人背着仪器到每个碎部点立杆并通过电子手簿输入特征编码记录数据，一般取3s作为一个记录单元，在记录数据时，要求测量人员立点要准确，尽量稳住对中杆，同时画出草图，以便内业整图时提供参考。点位精度在符合要求的情况下，在测定一个区域内的地形、地物点位，测定完成回到室内，再用传输线将数据导入微机，由专业绘图软件编制地形图。
　　2.3RTK在地籍测量中的应用
　　地籍测量中应用RTK技术测定每一宗土地的权属界址点以及测绘地籍图，同上述测绘地形图一样，能实时测定有关界址点及一些地物点的位置并能达到要求的厘米级精度。将GPS获得的数据处理后直接录入GPS系统，可及时、精确地获得地籍图。但在影响GPS卫星信号接收的遮蔽地带，应采用全站仪、测距仪、经纬仪等测量工具，采用解析法或图解法进行细部测量。
　　在建设用地勘测定界测量中，RTK技术可以实时地测定界桩位置，确定土地使用界限范围、计算用地面积。利用RTK技术进行勘测定界放样是坐标的直接放样，建设用地勘测定界中的面积量算，实际上由GPS软件中的面积计算功能直接计算并进性检核，避免了常规的解析法放样的复杂性，简化了建设用地勘测定界的工作程序。
　　在土地利用动态检测中，也可利用RTK技术。传统的动态野外检测采用是简易补测法或平板仪补测法。如利用钢尺用距离交会、直角坐标法等进行实测丈量，对于交通范围广的地区采用平板仪补测法，这种方法速度慢、效率低。而应用RTK新技术进行动态监测则可提高检测的速度和精度，省时省工，真正实现实时动态监测，保证了土地利用状况调查的现实性。
　　3.利用RTK技术快速测定界址点
　　3.1RTK基本原理
　　GPSRTK实时动态定位技术是一项以载波相位观测值为基础的实时GPS测量技术。它的主要设备为一台基准站接收机、一台或多台流动站接收机以及基准站和流动站之间用于数据传输的电台。在RTK作业模式下,基准站和流动站必须保持同时跟踪至少5颗以上的卫星,基准站不间断地对可见卫星进行观测,根据基准站已知精密坐标,计算出基准站到卫星的距离改正数,并由基准站实时地将这一改正数通过电台发送出去。流动站接收机在进行GPS观测的同时,也接收到基准站的改正数,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,对其定位结果进行改正,从而提高定位精度,求得待定点的三维坐标(X,Y,Z)。
　　3.2界址点测定
　　GPS测量的坐标是相对于地球基准即WGS84的。但我们实际测量中一般采用的是地方坐标系,因此当使用GPS进行测量时,最先得到的是建立在WGS84基准上的坐标,这些坐标必须转换到地方坐标系统中才能为我们所使用。进行坐标转换常用的方法有两种经典三维法和一步法。本次介绍在某作业中采用的坐标转换方法为经典三维法。
　　RTK测量采用瑞士LeicaSR530双频接收机4台（1+3）进行作业。观测前对仪器进行了相应的检验,包括接收机内部噪声的检验、零基线检验,天线相位中心稳定性的检验,光学对点器的检验等。检验后,仪器都调整到最佳状态。观测时的技术要求为：卫星截止高度角不低于15度,有效观测卫星数不低于5颗,流动站接收机与卫星构成的几何图形强度因子小于6。
　　在测区内均匀选取了五个高等级控制点（点位周围的环境良好,较为开阔、无大功率电磁波辐射等）作为求取转换参数的起算点,利用经典三维法,参数求出后,其残差如表1。
　　
　　表1经典三维法求取坐标转换参数
　　确定好转换参数后,选取了三个高等级点作为检核点,对所求得的转换参数进行检核,检核结果如表2所示。
　　
　　
　　表2检核结果
　　通过表2可以看出,所求得的转换参数精度良好,可以满足地籍测量中对数学精度的要求。确定好转换参数后,选择位于开阔地带的高等级点（点位周围的环境良好,较为开阔、无大功率电磁波辐射,人员、车辆干扰较少等）作为参考站架设GPS接收机,开机后进行必要的系统设置及电台设置流动站接收机开机后首先进行系统设置,输人转换参数,进行流动站的初始化工作,然后根据地籍调查表所标注的界址点找出其在实地的位置,按RTK测量模式进行界址点测量,最后将测得的界址点坐标传人计算机和用常规方法测得的界址点一并统一进行内业整理,得到地籍图、宗地图、面积量算表、面积汇总表等资料。
　　4.GPS界址点的精度检查
　　由于采用了新的测量方法进行界址点测量,所以必须对其最终精度进行检查。利用全站仪进行检查时严格按《城镇地籍调查规程》要求进行。共检查界址点287个,除一个点点位情况不好,误差达0.157米外,其他点精度良好,由各点误差计算出的点位中误差为士0.035米,完全可以满足地籍测量中对界址点的精度要求（士0.05米）。
　　5．结束语
　　通过上述对GPS测量的探讨，可以看出GPS在工程测量上具有不受环境和距离限制和人为因素的影响非常适合于地形条件较差的地区、局部重点工程地区，因此GPS测量具很大的发展前景。
　　
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