GPS测量运用方法探讨

刘家才

摘要:GPS测量作为先进的测绘技术,以其精度高、速度快、操作简便,在测量生产中发挥着日益广泛和重要的作用。文章结合南方GPS灵锐S82的观测实践,就GPS控制测量、放线和测图进行探讨。

关键词:GPS测量

1 引言

GPS(The Global Position System)测量作为先进的测绘技术,在众多测量生产中发挥着日益广泛和重要的作用。GPS测量具有精度高、速度快、全天候、操作简便的优点,大大提高了测绘工作效率,新一代测量型GPS接收机可具备跟踪多种卫星信号的能力,在恶劣的接受环境下,能接收俄罗斯的GLONASS信号,其观测数据与GPS数据相结合,为定位解算提供更多的卫星信息,增强了定位时卫星空间分布的数量及图形结构,提高定位的可靠性。

2 GPS控制网的布设及外业观测

2.1 GPS控制网的布设要求

2.1.1 GPS控制网中作为起算点的高级控制点不得少于2个,宜用第3个已知点作校核,并应均匀分布,使之与待定点构成闭合环。

2.1.2 GPS控制网宜在测区内布设成由独立基线构成的多边网或附合路线。GPS基线构成的最简独立闭合环或附合路线的边数,一级网不应多于8条,其余等级网不应多于10条。没有包括在最简闭合环或附合路线中的观测基线,应进行重复观测。

2.1.3 当用GPS-RTK方法加密图根点时,应先在已知点上进行精度测试对比,在每个加密点上的观测时间不得少于5s,其定位精度应符合图根网的精度要求,且不能再用于发展控制点。

2.2 GPS控制网的布设形式

GPS控制网的布设方法和形式包括点连式、边连式、网连式。其中在精度要求不太高的情况下布设点、边混连式GPS网,在某些精度要求较高的情况下布设成边、网连式GPS网。不同的布设方法其特点也各不相同。

2.2.1 点连式GPS网。若相邻同步环之间仅有一个公共点相连接成GPS网,则称之为点连式GPS网。以这种方式构成的GPS网,没有异步闭合环,网机构的几何强度较差,发现粗差的能力较差。但它具有最少的观测时段数,工作量也较小,获得的成果快。若对控制点的精度要求不太高,观测时选取有利观测时间,一、二级网、图根点可采用点连式布网方式。

2.2.2 边连式GPS网。边连式的GPS网是指同步图形之间要一条公共基线相连接。以这种方式布点所构成的GPS网具有大量的实测基线,可以构成较多的异步闭合环。检查各种闭合差的大小,可以判别观测中是否存在粗差,因此,这样的网具有较高的可靠性。但是,就相同台数的接收机而言,观测时段将比点连式GPS网增加许多,且随网中的点数增加,时段数也大幅增多,作业观测量较大。由于边连式GPS网有较好的几何强度和较高的可靠性,在精度要求较高时,如四等网可采用这种方式。

2.2.3 点边混连式GPS网。点边混连式GPS网,是指在布设网时把点连式与边连式有机的结合起来,构成混连式GPS网。这种布设方式有一定多余观测基线数,使图形呈封闭状,保证了网结构的几何强度,提高了GPS网的可靠性。同时,外业观测量又比边连式GPS网有了较大的减少,在普通工程控制网可采用此布网方式。

2.3 GPS控制网的观测

GPS控制网的外业观测采用静态和快速静态两种模式,建立四等以上的工程控制网时,需采用静态定位,一、二级采用快速静态模式定位。静态模式观测需要投入3台以上GPS接受机,其中2台安置在已知高等级控制点上,1台安置在待测控制点上,安置仪器用脚架固定,准确对点后同时开机,并设置成静态模式,观测40～45分钟即完成一个点的定位。接下来始终保持2台接收机固定不动,其中1台关机并移动到下一个点安置,开机后继续观测,以此类推,每次观测时间都应达到40～45分钟。当然,如果有4台接收机,就可以同时移动2台,一次完成2个控制点的观测。

3 GPS放样的基本方法

3.1 GPS放样的基本方法

先把放样坐标以GPS所识别的格式导入电子手薄,并认真检查;在放线之前对GPS仪器进行校正,如南方GPS灵锐S82,分为基站和移动站,基站每移动一次都要进行单点校正,最后在对其相应的数据放线。

3.2 提高效率和精度的做法

影响放线速度和精度的地面因素可能是基站附近有高大建筑物、高大密林、高压线、高功率信号塔等,在GPS测量中,提高效率和精度最为简单做法就是把基站架于地势高、视野开阔有良好覆盖区域地方,移动站尽可能保持对中杆垂直。

4 GPS-RTK测图方法

4.1 GPS-RTK测图基本方法

GPS-RTK方法测图操作简便、作业速度快、定位灵活,可在不通视的条件下远距离快速测量定位,而且需要的测量人员少,能够极大的提高工作效率。GPS-RTK测图的作业流程:在已知点上安装好基准站并校好流动站,流动站GPS接收机安装在对中杆上,开启基准站,发射RTK信号,然后打开GPS流动站,在已知控制点上作对比测量,对比测量准确无误后,直接到地形特征点进行测量作业。在采集碎部点坐标时,要实地画地形草图,并记录观测点号。内业作业时,把观测坐标的数据文件转换为数字成图软件所需求的坐标文件格式输入计算机,结合野外现场所绘的草图,进行测点连线,最终形成电子图。根据三年来的使用和对比,GPS-RTK的平面和高程精度在使用环境好的地方,精度是能满足测图要求的。

4.2 GPS-RTK测图与常规仪器测图比较

GPS-RTK方法测图具有明显的优势,是测绘外业作业的理想选择。而常规仪器测图主要是人员配备多,数据采集受点间通视限制,搬站次数多,工作效率难以提高。例如采用全站仪测记法施测时,作业人员一般需要3人,观测员1人,领尺员1人,跑尺员1人。领尺员熟练计算机绘图,是核心成员,负责野外画草图和内业成图。测图过程中,测站与测点作业人员必须保持联络,使测站人员输入全站仪的点号、属性、镜高与测点一致,与绘草图的标注一致。一个测站观测的范围相对较小,如果测站与测点不通视,又要搬站,多次搬站会带来测量累计误差。

GPS-RTK方法测图的优点:例如南方GPS灵锐S82,只要1人作业,在地物、地貌等碎部点停留一二秒钟,输入地形特征编码,就可以现场通过电子手簿编绘、检查地形图,经过专门的成图软件对野外数据进行处理,就可以输出所需要的地形图。同时GPS-RTK方法测量精度高,数据处理能力强,没有误差积累,只要满足GPS的正常工作要求,保持合理的作业半径范围,测图精度可以达到厘米级。

5 GPS在测量工作中的问题与探讨

GPS测量以其灵活、实时和高效率的作业特点,在控制测量、地形测量、地籍测、工程放样等各种测绘中得到应用,但是,在野外作业时也会遇到一些问题,适时处理出现的问题,才能保障工作正常进行。①卫星空间分布问题,卫星系统分布位置有些时段处于地平线附近,高度角小,不能形成很好的覆盖,不仅影响观测精度,作业等待时间也长。提高查阅卫星分布图,选择最佳作业时间,特别应错开正午时段。②数据链传输问题,在实际测区内不可避免会有高大树木和建筑等障碍物,这时采集的数据将会出现很大误差,解决信号障碍问题的办法是尽量把基准站设置在测区中央的最高处。局部隐蔽地段采用全站仪器配合作业。③其它问题,如GPS测量精度和稳定性问题,受到仪器品牌、数据处理软件系统、操作是否严格规范等影响,有时还受AS(反电子欺骗政策)干扰。因此在前期控制网测量时适当多布设控制点,适时进行校核,评价测量精度。

参考文献

[1]周忠谟,易杰军.《GPS卫星测量原理与应用》.北京:测绘出版社,1999年第1版.

[2]徐宇飞.《数字测图技术》.河南:黄河水利出版社,2005年第1版.