GPS测绘技术在地理信息系统中的运用研究

段瑞鑫

摘要：GIS系统是以计算机系统为基础所衍生出的、可被用来高效管理地理信息的技术。首先介绍了什么是GPS测绘技术，其次对GIS系统进行了说明，同时对二者融合所具有的优势进行了分析，指出将二者结合，可赋予相关技术更为理想的连续性、高效性以及创新性，最后根据当前情况，围绕GPS测绘在GIS系统中的实际应用展开了讨论，内容主要涉及定界勘测、空间分析、城市建设等方面。希望能使相关人员受到启发，为日后测绘工作的有序开展助力。

关键词：GIS系统；GPS测绘；RTK定位

一、什么是GPS测绘技术

（一）定义

GPS测绘的本质为定位系统，主要构成设备包括通讯卫星、卫星接收器，可为有关人员提供其所需的时间、导向还有三维坐标等信息。考虑到地质测绘等工作对精度所具有要求相对较高，需要有关人员根据实际情况绘制相应地形图，对GPS测绘加以运用，在保留传统基础的前提下，借助空间定位等先进技术，尽快完成定位和测绘等工作，其现实意义有目共睹。

利用GPS进行地质测绘所依托核心技术为载波相位，酌情引入在动态定位方面具有突出作用的RTK技术，可使定位准确性得到极大程度的提高。对GPS测绘加以运用期间，该技术能够做到以测绘所获得数据为依据，建立相应的三维模型，确保有关人员可尽快确定测绘的准确位置，同时将定位精度提高到厘米级[1]。而在测绘过程中，载波相位差分的优势主要体现在以下两个方面：一是对测站、基准站所掌握数据进行联系，二是确保测绘所获得各项数据均能够尽快传输至对应的流动站，使测绘技术表现出应有的合理性以及全面性。另外，GPS测绘可借助卫星对测绘对象进行准确定位，在卫星导航的配合下，实时监测目标物体当前情况，从而获取日后工作所需的动态参数。

现行测量规范将GPS的测量精度划分成了六个不同的等级，对GPS网相邻各点间所存在基线的长度精度进行计算时，通常需要用到以下公式：

在上述公式中，σ代表标准差，单位是mm。a代表固定误差，单位是mm。b代表比例误差对应系数。d代表各点间距，单位同样是mm。实际工作中，有关人员应以控制网精度为依据，对a和b的数值进行选择。对应分级表如下：

（二）特点

GPS测绘和传统技术的区别，主要是前者在精简操作流程的基础上，对测绘精度进行了大幅提高，这也使得其在GIS系统、工程测绘领域得到了极为广泛的运用。将其和电子技术进行充分结合，可凭借信息软件所具有优势，将测绘范围扩大到20km，同时将测绘工作需要花费的时间压缩至15min[2]。若各基准台或是移动台的间距不超过1.5m，测绘速度可得到更进一步的提升，其用时往往能够被控制在2min以内。

该技术所具有效能同样十分突出，除特殊情况外，有关人员只需进行一次测绘，便能够获得测绘对象高程、三维坐标等数据。另外，其优势还体现在坐标读取等方面，可通过实时读取坐标的方式，为工作人员提供设计和建设所需各项数据，同时能够有效避免传输期间由于人为失误，导致数据出现不必要的错误，测绘所得数据自然能够具备相应的真实性及有效性。

二、关于GIS系统的说明

GIS系统主要被用来对空间数据进行采集和分析，可根据分析所得结论建立相应模型，为管理及规划工作的实施助力。该系统可被拆分成五部分，分别是用户、模型、软硬件和空间数据，其中，软件是指数据库、管理软件以及专业软件，硬件主要包括网络设备、主机和其他外设。经过数次的升级，目前，该系统已具备较为完善的功能，例如，采集、编辑并存储数据，再例如，对空间进行分析[3]。其特点可被概括如下：一是具有多项功能，在动态性、空间性等方面的表现极为突出。二是将管理地理数据的工作全权交由计算机负责，计算机可参考现有分析方法，通过模拟的方式高效完成各项任务。三是随着计算机的加入，GIS系统表现出了较其他系统更加突出的能力，可在复杂环境中快速开展定位及分析工作，同时确保分析所得结论具有实际意义。

三、GPS测绘+GIS系统的优势分析

（一）连续性

将GPS测绘用于GIS系统，可获得相应的测量控制网。由于控制网对应各基准点均为固定基准点，具备定期对指定区域进行数据测量的条件，同时可将测量所得数据统一上传至GIS系统对应处理中心内，由处理中心根据各项数据生成测量标本，为日后测量等工作的开展提供理论依据。事实证明，这样做可在极大程度上提高测量效率，且测量人员工作量也会得到显著减少，其现实意义有目共睹。

在实际工作中，有以下几方面内容需要引起重视：首先是视情况对基准站进行构建，确保所构建基准站能够及时且全面的存储各项信息，为后续工作的开展助力。其次是由专业人员组织开展采样工作，将采样期间所获得数据录入对应系统，根据所掌握数据完成构建三维坐标的工作。最后是掌握利用GPS差分系统开展工作的方法，在确定目标对象所处位置的前提下，通过测量的方式获得相关数据。差分系统主要包括三个部分，一是数据链，二是流动接收机，三是接收数据信号的设备，这点需要有所了解。

（二）高效性

GPS测绘主要被用来对地理位置进行定位，通过获取三维坐标的方式，为测量工作的高效开展助力。将二者充分结合，既能够使前期定位、获取数据等工作的效率得到提高，又可以增强测量工作所具有的高效性和精准性。以往所开展测量工作，通常需要先在测绘区域内进行布点，再通过定位测量的方式获得相应的数据，期间往往要用到多个设备，GPS测绘则解决了常规技术所存在的以上不足，将测量设备精简为一台接收机，事实证明，对该技术加以运用，不仅能够做到任意取点，还可以选择性地省去补点测量的步骤，同时可确保所获得数据与现场情况高度契合[4]。

四、GPS测绘+GIS系统的具体应用

现阶段，各国学者纷纷指出应将GPS测绘融入GIS系统，对GIS系统而言，GPS测绘的应用方向主要为：

（一）RTK定位

在勘察地质工程期间对GPS测绘加以运用，可在极大程度上提高勘测速度，并确保三维刻画等工作能够发挥出应有作用，帮助有关人员快速掌握现场地貌及地形特征。传统测绘技术难以做到快速且准确的获取复杂定性坐标及高程，GPS测绘强调以快速静态、快速动态为基础，通过连续实施定位操作的方式，赋予系统既有定位功能更加理想的精确度。在运用该技术对数据进行测量时，通常需要搭配相应的传输流动站，在对数据进行连续接收和统一分析的前提下，确保基准站所存储数据得到高效管理。对RTK技术加以运用前，先要以目标区域对应控制点为载体，安装相应的GPS接收器，再借助GPS卫星完成跟踪和调试等工作，待卫星观测所得数据被传输至基准站后，有关人员便可利用接收器完成定点监测的工作，基于时差分处理对接收器坐标、实际高程加以确定，保证地质测绘所取得效果能够达到预期。另外，该技术还有助于基准站将观测值、坐标等参数快速传输至对应流动站，由流动站负责生成并存储相应的RTK数据、GPS数据，供后续工作参考。

（二）定界勘测

研究表明，常规界定技术往往需要用到关系距离法和分析法，不仅勘测过程较为繁琐，最终结果所具有真实性也难以得到保证，对GPS测绘加以运用，可使上述问题迎刃而解，在优化工作流程的前提下，促使工作质效得到显著提升。现阶段，多数人员均选择借助GPS测绘对城镇地籍进行测量，使建设和开发城镇的工作有据可循。事实证明，基于GPS测绘开展定界工作，一方面能够保证所得到数据准确且具有实际意义，为确定建设用地边界、审批建设项目等工作提供可靠信息，另一方面可有效应对勘测规模较大、现场地形复杂等情况，在降低勘测难度的基础上，为地籍定界所具有准确性提供保证[5]。

（三）空间分析

作为GIS系统不可缺少的重要一环，空间分析的作用主要是对描述地球空间的动态信息进行快速还原，同时对后续工作所需信息进行提取并整合。以天气监测为例，基于空间分析展开天气监测工作，可使天气预报所具有准确性得到大幅提高。

另外，仅凭借GIS系统对空间数据进行分析，则难以保证分析所得数据的精确性，引入GPS测绘可使上述问题迎刃而解，在对空间进行明确且详尽的分析的基础上，利用计算机技术完成建立空间模型的工作，降低有关人员查询所需数据的难度。以无人机为例，利用GPS测绘进行空间分析，可通过为无人机提供准确数据的方式，使无人机按照预定路线持续飞行，并确保无人机所制定各项决策均具有实际意义。

（四）数字测绘

要想使项目工程按照预期计划得到有序推进，关键是要做到因地制宜，对各区域相关数据和详细信息进行收集。将GPS测绘、GIS系统充分结合，可为构建数字测绘系统的工作提供便利。例如，在地形条件较为复杂的环境中，有关人员可利用全站仪对地理信息及图像进行采集，借助GIS系统将所采集信息尽快转化成相应的可视数据，确保各项数据均能够得到信息化应用，为其所具有价值的实现奠定基础。一般来说，对数据进行转换期间，多数工作人员均会选择进行拓扑建模，通过叠加分析法，对GPS测绘所获得数据进行全面且深入的分析，以此来保证最终得到的数据，可被用来对复杂空间关系进行证明。另外，考虑到该技术具有精度理想和保密性强的特点，在建设天文台还有通信基站的过程中，大量企业选择对其加以运用，建设成果有目共睹。

（五）城市建设

近几年，在科技水平不断提高的状态下，将GIS系统与GPS测绘结合成为大势所趋，此举所产生积极影响，还辐射到了城市建设及运行领域，可通过提供准确数据的方式，为城市发展助力。以道路建设为例，以往所采用测量方式存在步骤繁琐、难以保证结果与实际情况高度契合等不足，GPS测绘的出现，在极大程度上解决了上述问题，基于该技术对现场情况进行勘测，一方面可保证勘测结果准确，另一方面能使勘测速度得到大幅提升，其综合效益有目共睹[6]。可以预见的是，未来该技术将拥有更加广阔的发展空间，其所适用场景也会变得更加丰富。

（六）野外勘测

将该技术用于土地建设，可在极大程度上增强参数所具有的真实性及可靠性。在野外勘测过程中，对于地形简单且面积较小的区域，有关人员可酌情选择是否需要运用该技术，如果勘测区域的面积较大，同时地形条件相对复杂，则应当改用GPS测绘技术，此举一方面可减少人员勘测压力和工作量，另一方面可使勘测水平得到提高。未来，在开展野外勘测工作时，有关人员应将重心向GPS测绘倾斜，根据自身所积累经验对勘测流程加以完善，由此来保证该技术所具有优势得到应有发挥。

（七）测量定点实物

事实证明，基于GIS系统对定点实物进行测量的难度较大，而对GPS测绘加以运用，可使GIS系统所存在缺陷得到弥补，该技术在诸多方面均具有极为突出的表现，能够在对测量所得数据进行深入剖析的基础上，结合分析结论对相关图形进行绘制。研究表明，该技术既能够被运用在的过程中，同时还能够使日常生活及生产所提出需求得到最大程度满足，推动GIS系统朝着预期方向前进。另外，在该技术得到广泛运用的当下，其与GIS系统的融合程度不断加深，由此而产生的积极影响，主要体现在以下几个方面：其一是使地理信息获取速度得到显著提升，其二是有效规避了外界因素可能造成的干扰，为测量所得结果的可靠性、真实性提供保证。

（八）地理系统+导航系统

地理信息系统的核心功能之一，便是对比测绘数据，在整合数据库的前提下，对组织要素及整体架构进行分类，通过高效集成数据信息的方式，为GPS测绘所具有优势的发展提供支持。实际工作中，有关人员可以将GIS系统、GPS测绘作为核心，结合实地测绘所掌握信息，充分利用现有技术对图形进行绘制。例如，少数企业会选择在当地湿地公园周围建设工厂，将不符合排放标准的废水排入公园河水中，致使附近环境受到严重污染，对GPS测绘技术加以运用，可获得能够描述工厂污染范围和扩散趋势的模拟图，为日后治理工作的开展奠定基础。

此外，GPS测绘所提供定位功能，为该技术与GIS系统的结合提供了有力支持，有关人员可根据所采集数据及分析结论，对空间进行精准描绘，确保数据管理等工作所具有价值得到应有实现。此外，在城市化建设持续推进的背景下，对信息技术加以运用成为大势所趋，要想使空间数据具备应有的科学性及准确性，还应当借助GPS测绘完成测绘地理信息的工作，通过满足居民所提出导航需求的方式，使日常出行变得更加便利。

五、结语

通过上文的分析可知，GPS测绘具有较常规技术更为突出的优势，对其加以运用，既能够保证操作步骤简单，又可使测量精度及速度得到显著提高。将其与GIS系统相结合，可使该技术的适用范围得到拓展，确保所获得地理信息详实且精准。未来，要想使该技术所具有优势得到更加充分的发挥，有关人员应将研究领域向城市建设、野外勘测和测量定点实物等方面延伸，通过对该技术进行创新与升级的方式，推动社会朝着可持续发展的方向稳步前进。H

参考文献

[1]张合兵，张克，刘培，等.基于RS和GIS的矿区生态指标提取与安全评价——以焦作矿区为例[J].煤炭科学技术，2020，48（04）：80-88.

[2]任开瑀，姚鑫，赵小铭，等.基于时序InSAR、GPS、影像偏移测量3种监测数据的滑坡失稳破坏预测研究[J].岩石力学与工程学报，2020，39（S2）：3421-3431.

[3]刘全海，王琰开，陈华.利用单北斗卫星导航系统建立高精度区域坐标框架的研究与实践[J].测绘通报，2020（01）：111-114.

[4]吕建伟，张志华，张新秀，等.二次曲面与最小二乘配置的组合模型在GPS高程异常拟合中的应用[J].测绘通报，2020（05）：127-129+133.

[5]祝会忠，李军，蔚泽然，等.长距离GPS/BDS参考站网多频载波相位整周模糊度解算方法[J].测绘学报，2020，49（03）：300-311.

[6]梁月吉，任超，黄仪邦，等.利用GPS-IR监测土壤湿度的多星线性回归反演模型[J].测绘学报，2020，49（07）：833-842.