谈数字化地形图测量中GPS 技术的应用

高化奎

深圳市蓝天鹤测绘有限公司 广东深圳 518031

摘要：近年来GPS系统的建立为工程测绘工作提供了一个崭新的定位测量手段。GPS定位技术具有精度高、速度快、成本低的显著优点，广泛在工程地形测量项目中应用。本文就数字化地形图测量中GPS 技术的应用。

关键词：地形测量；GPS技术

前言

如今数字化地形测量在工程建设中的应用越来越广泛，具有了极大地重要性，近年来相关测绘技术不断发展并广泛应用于地形测量中，为地形测量的准确性和科学性提供了保障，现通过对GPS技术在数字化地形测量中的应用进行研究分析，为数字化地形图测量提供相关实践理论参考。

1数字化地形测量概述

随着测绘技术的飞速发展，GPS+全站仪+计算机的全数字化地形测量模式逐步成熟并基本普及，这种模式正在替代而且必将完全替代传统的大平板仪地形测量，成为地形测量的主流模式；另一方面，地形测量模式的更新又将对测绘单位仪器设备、人员素质、管理方式、作业组织等产生一系列的影响。

数字化地形测量的生产工序可概括为两个环节：一是控制测量与计算机辅助平差计算；二是碎部数据采集与软件编图成图。两个环节间以数据传输为纽带，即可平行施工又可顺序施工，与传统地形测量相比，压缩了大量的中间生产环节。

2GPS 数据处理

GPS数据处理要从原始的观测值出发得到最终的测量定位成果，其数据处理过程大致分为GPS测量数据的基线向量解算、GPS基线向量网平差以及GPS网平差或与地面网联合平差等几个阶段。数据处理的基本流程：数据采集、数据传输、预处理、基线解算、GPS网平差。

2.1GPS网技术设计

GPS技术分为外业施测和内业数据处理两部分工作。外业施测是内业工作的数据来源，也是整個GPS技术工作的基础。如何作好GPS野外作业，对确保GPS外业观测数据质量，提高整个GPS技术的成果精度，显得尤为重要。

（1）GPS测量精度标准及分类

对于各类GPS网的精度设计主要取决于网的用途。用于地壳形变及国家基本大地测量的GPS网可参照《规范》中的A、B级精度分级；用于城市或工程的GPS网可根据相邻点的平均距离和精度参照《规程》中的二、三、四等和一、二级精度分级，见表1。在具体布设中，可以分级布设，也可以越级布设。

各等级GPS相邻点间的弦长精度用下式表示

（1）

式中，σ为GPS基线向量的弦长中误差（mm）；a为GPS接收机标称精度中的固定误差；b为GPS接收机标称精度中的比例误差系数；d为GPS网中相邻点间的距离。

表1 GPS测量精度分级

等级 平均距离/km a/mm b/（10-6D） 最弱边相对中误差

二 9 ﹤10 ﹤2 1/120000

三 5 ﹤10 ﹤5 1/80000

四 2 ﹤10 ﹤10 1/45000

一级 1 ﹤10 ﹤10 1/20000

二级 ﹤1 ﹤15 ﹤20 1/10000

（2）GPS点的密度标准

各种不同的任务要求和服务对象，对GPS点的分布要求也不同。现行规范对GPS网中两相邻点间的距离、各等级GPS网相邻点的平均距离视其需要也做出规定。

2.2 外业数据采集

利用RTK进行数字化测图的基本步骤是先控制测量，然后利用RTK测量图根点，再利用全站仪测量碎步点，再进行数字化成图。或者是先控制测量，然后直接利用RTK测量碎部点，再进行数字化成图。作业过程主要包括外业数据采集和内业数据处理，外业数据采集包括控制测量和碎部测量两部分，内业主要包括GPS数据处理和数字化地图编辑。

3 实例分析

3.1 测区概况

测区为某厂房，中心地理坐标已确定，在测区内以一个四等GPS点为起算点。为了对该测区10km2进行1：500的地形图测量，布设了一级控制网。

3.2 GPS网控制测量

根据工程测量设计及规范要求进行较高精度的测量；本次平面控制采用采用Trimble双频GPS接收机卫星定位测量方法联测国家高等级控制点，沿测区布设一级GPS控制网进行首级控制。利用GPS建立一级控制点，每时段采集数据前，作业员量取天线高，记录此时段的接收卫星数、故障情况；一个时段观测过程中无关闭接收机重新启动、进行接收机初始化、改变数据采集间隔、改变天线位置；观测员在作业期间未擅自离开测站，并应防止仪器受震动和被移动，防止人和其他物体靠近仪器、以免遮挡卫星信号；观测时无人在接收机旁使用手机和对讲机，避免了干扰卫星信号；在观测过程中应保证接收机正常工作，数据记录正确，观测结束后，在GPS手簿中输入这些点的WGS-84坐标和地方坐标，手簿内置软件会自动计算控制点的坐标转换参数。为了提高精度，将天线设置在对点器上，设置好天线高、基准站点坐标、坐标转换参数、预设精度指标等参数，观测控制网和数据。平差后得该控制网平差成果表，见表2。

表2 1985国家基准高程

序号 点名 坐标X 坐标Y 高程Z 备注

1 A001 2932416.214 525697.499 283.641 已知点

2 A002 2932239.012 525626.049 282.889 已知点

3 A003 2932167.997 523983.824 324.477 已知点

4 A004 2932456.365 523711.633 367.592 一级水准联测

5 A005 2932838.588 522887.873 360.895 一级水准联测

6 A006 2932416.214 522306.646 392.566 一级水准联测

7 MZ01 2933390.694 523716.730 366.346 一级水准联测

用GPSRTK布设图根点，根据《工程测量规范》图根点的精度相对于邻近等级控制点的点位中误差不应大于图上0.1mm；高程的中误差，不应大于测图基本等高距的1/10；用实时GPSRTK来布设图根点，并可以得出，RTK的测量精度完全能够达到一级导线网的测量。在RTK精度检查完毕后，再开始测量图根点，测得部分图根控制点坐标成果，见表3。

表3 图根点控制成果表

点号 纵坐标X 横坐标Y RTK观测值（高程）

1 2 932 514.354 525 431.717 284.013

2 2 932 280.543 525 417.608 297.356

3 2 932 743.156 523 852.571 310.814

4 2 932 831.211 523 649.837 334.109

5 2 932 997.181 523 384.109 327.218

6 2 932 596.289 524 964.192 358.156

7 2 933 184.116 522 753.315 342.773

8 2 933 252.232 525 146.869 311.255

9 2 932 846.547 523 153.112 338.227

10 2 932 753.734 524 711.166 319.698

3.31：500地形图碎部测量

由于测区范围较大，工期短，在野外数据采集时用采用莱卡TCR302全站仪和Trimble双频GPS接收机同时对测区进行野外数据采集。使用全站仪及GPSRTK在野外采集数据十分快捷方便。在数据采集以前要作好点矫正、建立文件等准备工作，架设好基准站以后要检测流动站测点是否准确，然后就可以开始进行碎部点的测量采集了。在碎部点的采集过程中应尽量保证采点均匀，重复点尽量减少，否则会影响DTM的建立，不利于成图。在野外工作时，要及时将特殊地物等特征点的位置作记录，并画好草图，方便以后电子地图的勾勒。此外，在使用GPS—RTK作业时一定要注意卫星数目不小于4颗。

3.4内业数据处理与成图

成图过程：首先将RTK数据用传输软件保存到电脑上，用转换软件将其转化DAT文件。下一步展野外高程点，将点展入CASS7.0软件，可以将一些重复或者没有用的点删除，然后建立DTM，（考虑有图面建立DTM会有数据丢失，一般由文件建立）完成后可以将不合理的三角形过滤删除，就可以绘制等高线成图了，其中拟合步长应比较小，一般为2米。其中地物可以在展点以后勾勒，也可以将原来的地物图用插入图块命令加入。对不正确的线用APPLOAD—GAILINE命令修改比较方便，再标注高程注记，最后加入图框，完成以后把一些不需要的线删除，一副图就完成了。

3.5 精度分析

廠房GPS测量地形图的精度分析采用的是南方测绘GPS数据处理软件，将厂房控制点导入南方测绘GPS数据处理软件，所得GPS网平差结果如下。

GPS网平差结果：环闭合差中包括所有基线的解算；闭合环最大节点数3；闭合环总数17；同步环总数7；异步环总数10。

使用环闭合差中为剔除不参与平差的基线（包括自动剔除和人工剔除）后的基线组成的环的情况。

控制网限差情况：网平均边长1574m，限差1.0cm。相邻点最小距离为平均距离的1/2～1/3，最大边长限差一般是网平均边长限差的2～3倍，网最大边长2270.4m，网最小边长191.1m，边长不满足要求。同步环全长相对闭合差限差15.00×10-6；同步环坐标分量相对闭合差限差9.00×10-6；闭合环最大节点数3；闭合环总数9；同步环总数4；异步环总数5。

4.结语

总之，GPS技术是集计算机、卫星、微电子等现代技术的综合产物，以其高精度、高效率、全天候的优点被广泛应用到测量生产单位中，GPS技术的出现与不断完善将会进一步推进地形测量技术的改进，完善和丰富地形测量方法，为建筑工程提供技术保证。

参考文献：

[1]李军、王卓.论 GPS 技术在数字化地形测量中的应用[J].民营科技.2010（03）.

[2]刘兴胜、樊小平.数字化地形测量中容易出现的问题及解决问题的建议[J].西部探矿工程.2006（10）.