韓艷榮

摘 要：探討了GPS技術(shù)在城市控制測量、地形測量、地籍房產(chǎn)測量、變形監(jiān)測等方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS；應(yīng)用；控制測量；地形測量；地籍測量；房產(chǎn)測量；變形監(jiān)測

GPS性能好，精度高，是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS技術(shù)應(yīng)用于測量有測點(diǎn)間無通視要求、選點(diǎn)方便、可大量減少建造高標(biāo)節(jié)省造標(biāo)費(fèi)用、可全天觀測、觀測時(shí)間短、數(shù)據(jù)處理速度快、成果精度高等優(yōu)點(diǎn)，其全面建成和發(fā)展，將導(dǎo)致測繪行業(yè)一場深刻的技術(shù)革命。

GPS可用來建立高精度大地控制點(diǎn)和工程控制點(diǎn)。GPS使用L波段，配有兩個(gè)載頻：L1的中心頻率為1575.42 MHz，L2的中心頻率為1 227.6MHz。接收機(jī)有許多種類，按所要求的精度可分為單頻粗碼接收機(jī)和雙頻精碼接收機(jī)，使用粗碼接收機(jī)的實(shí)時(shí)定位精度在25m左右，精碼接收機(jī)的實(shí)時(shí)定位精度優(yōu)于10m，使用相位接收機(jī)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理的相對定位（基線的三維測定）精度可達(dá)百萬分之一左右，基線長度可以從幾公里到1000km，典型的15km基線的3個(gè)坐標(biāo)差可達(dá)厘米級，所用測量時(shí)間最多為幾個(gè)小時(shí)[1]。

1在城市測量中的應(yīng)用

隨城市化進(jìn)程的加快，城市測量有了很大發(fā)展，城市測量成果、成圖是城市規(guī)劃、建設(shè)管理必需的重要基礎(chǔ)資料，而大地測量是其他測繪工作的基礎(chǔ)，大地測量為測制各種地形圖和為工程建設(shè)提供高等級控制點(diǎn)，同時(shí)還為地球物理學(xué)等提供精確的基礎(chǔ)資料。結(jié)合各城市控制測量（或大地測量）的實(shí)際，采用GPS技術(shù)進(jìn)行城市控制網(wǎng)的建立、擴(kuò)建有著重要意義。

作業(yè)技術(shù)依據(jù)《全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范》（GB/T18314-2001）和技術(shù)設(shè)計(jì)書要求。根據(jù)衛(wèi)星通過該地區(qū)時(shí)間，制定作業(yè)計(jì)劃，選擇最佳衛(wèi)星組，為了安全盡量白天作業(yè)，每天觀測兩個(gè)時(shí)段，觀測時(shí)至少有6顆衛(wèi)星可跟蹤，PDOP≤6(Position Dilution of Precision位置精度強(qiáng)弱度)，每點(diǎn)至少設(shè)站兩次，時(shí)長控制在30～60 分鐘，采用邊連式擴(kuò)展增加多余觀測量[2]。

外業(yè)基線預(yù)處理及成果取舍野外作業(yè)攜帶便攜式微機(jī)1臺，對每天觀測數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行基線預(yù)處理，凡復(fù)測基線、閉合環(huán)超限或整周模糊度無解的都進(jìn)行重測。

原因有以下幾個(gè)方面：1）儀器不穩(wěn)定，可能與氣象條件有關(guān)，有一臺接收機(jī)經(jīng)修理后使用第1天凡與該儀器有關(guān)基線全面不能用，繼續(xù)作業(yè)有改善；2）溫度過高影響成果精度，如某地溫度達(dá)36～38℃時(shí)成果不能取用，調(diào)整觀測時(shí)間后可解決；3）雷雨閃電過后，發(fā)生停機(jī)現(xiàn)象多次；4）天線高丈量不準(zhǔn)確影響基線長度。

通過幾個(gè)城市對成果的應(yīng)用和與舊坐標(biāo)比較，GPS定位技術(shù)用于城市控制網(wǎng)和工程網(wǎng)，具有精度高、速度快、效率高、成本低、成果精度均勻可靠的優(yōu)點(diǎn)。

2在地形、地籍及房地產(chǎn)測量中的應(yīng)用

地形測圖為城市、礦區(qū)以及為各種工程提供不同比例尺的地形圖，以滿足城鎮(zhèn)規(guī)劃和各種經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。地籍及房地產(chǎn)測量是精確測定土地權(quán)屬界址點(diǎn)的位置，同時(shí)測繪供土地和房產(chǎn)管理部門使用的大比例尺的地籍平面圖和房產(chǎn)圖，并量算土地和房屋面積。

GPS出現(xiàn)，可以高精度并快速測定各級控制點(diǎn)的坐標(biāo)。特別是應(yīng)用RTK（Real Time Kinematic實(shí)時(shí)動態(tài)測量）新技術(shù)，甚至可以不布設(shè)各級控制點(diǎn)，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準(zhǔn)控制點(diǎn)，便可以高精度并快速地測定界址點(diǎn)、地形點(diǎn)、地物點(diǎn)的坐標(biāo)，利用測圖軟件可在野外一次測繪成電子地圖，然后通過計(jì)算機(jī)和繪圖儀、打印機(jī)輸出各種比例尺的圖件[3]。

應(yīng)用RTK技術(shù)進(jìn)行定位時(shí)要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)地把觀測數(shù)據(jù)（如偽距或相位觀測值）及已知數(shù)據(jù)（如基準(zhǔn)站點(diǎn)坐標(biāo)）實(shí)時(shí)傳輸給流動站GPS接收機(jī)，流動站快速求解整周模糊度，在觀測到6顆衛(wèi)星（至少4顆）后，可實(shí)時(shí)求解出厘米級的流動站動態(tài)位置。這比GPS靜態(tài)、快速靜態(tài)定位需要事后進(jìn)行處理來說，定位效率會大大提高。故RTK技術(shù)一出現(xiàn)，其在測量中的應(yīng)用立刻受到重視。

2.1 RTK技術(shù)用于各種控制測量

常規(guī)控制測量如三角測量、導(dǎo)線測量，要求點(diǎn)間通視，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，而且精度不均勻，外業(yè)中不知道測量成果的精度。GPS靜態(tài)、快速靜態(tài)相對定位測量無需點(diǎn)間通視，能高精度地進(jìn)行各種控制測量，但數(shù)據(jù)處理費(fèi)時(shí)，不能實(shí)時(shí)定位并知道定位精度，內(nèi)業(yè)處理后發(fā)現(xiàn)精度不合要求必須返工測量。而用RTK技術(shù)進(jìn)行控制測量既能實(shí)時(shí)知道定位結(jié)果，又能實(shí)時(shí)知道定位精度，這樣可大大提高作業(yè)效率。應(yīng)用RTK技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位可以達(dá)到厘米級精度，因此，除了高精度的控制測量仍采用GPS靜態(tài)相對定位技術(shù)之外，地形測圖中的控制測量、地籍和房地產(chǎn)測量中的控制測量和界址點(diǎn)點(diǎn)位的測量都可采用RTK技術(shù)。

采用RTK技術(shù)測圖，僅需一人背著儀器在要測的碎部點(diǎn)上觀測上1、2秒鐘并同時(shí)輸入特征編碼，用電子手簿或便攜微機(jī)記錄，在點(diǎn)位精度合乎要求的情況下，把一個(gè)區(qū)域內(nèi)的地形地物點(diǎn)位測定后回到室內(nèi)或在野外，由專業(yè)測圖軟件可輸出所要求的地形圖。用RTK技術(shù)測定點(diǎn)位不要求點(diǎn)間通視，僅需一人操作，便可完成測圖工作，大大提高了測圖的工作效率。

2.2 RTK技術(shù)在地籍和房地產(chǎn)測量中的應(yīng)用

地籍和房地產(chǎn)測量中應(yīng)用RTK技術(shù)測定每一宗土地的權(quán)屬界址點(diǎn)以及測繪地籍與房地產(chǎn)圖， 同上述測繪地形圖一樣，能實(shí)時(shí)測定有關(guān)界址點(diǎn)及一些地物點(diǎn)的位置并能達(dá)到要求的厘米級精度。將GPS獲得的數(shù)據(jù)處理后直接錄入GPS，可及時(shí)地精確地獲得地籍和房地產(chǎn)圖。但在影響 GPS衛(wèi)星信號接收的遮蔽地帶，應(yīng)使用全站儀、測距儀、經(jīng)緯儀等測量工具，采用解析法或圖解法進(jìn)行細(xì)部測量。

3在工程變形監(jiān)測中的應(yīng)用

GPS自20世紀(jì)80年代中葉投入民用后，已廣泛地在導(dǎo)航、定位等各領(lǐng)域應(yīng)用，尤其在測量界的控制測量中起了劃時(shí)代的作用。正因?yàn)樗陟o態(tài)相對定位中的高精度、高效益、全天候、不需通視，使人們普遍用來逐漸代替常規(guī)的三角、三邊、邊角等方法，并在理論、實(shí)踐中取得了可喜的成果。但在精密工程變形監(jiān)測中還少有應(yīng)用，尚處于理論研究和實(shí)踐摸索之中。

3．1 基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

在工程變形監(jiān)測中，基準(zhǔn)設(shè)計(jì)（包括位置基準(zhǔn)和內(nèi)外部尺度基準(zhǔn)設(shè)計(jì)）是一項(xiàng)關(guān)系到監(jiān)測成果是否可靠、準(zhǔn)確地反映變形體的變形情況的工作，以常規(guī)的手段，對某一建（構(gòu)）筑物進(jìn)行變形監(jiān)測，由于儀器和其他諸多因素的制約，使得監(jiān)測網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)不能離開變形監(jiān)測區(qū)域太遠(yuǎn)，而太近將又要受自身變形的影響，不能準(zhǔn)確地反映變形數(shù)值，所以較困難。由于GPS技術(shù)的不斷完善，高精度的儀器的面世（1 +0.5×10-6 mm），解決這一問題就較容易了，完全可以將基準(zhǔn)點(diǎn)選在變形區(qū)外，從而保證了數(shù)據(jù)的可信度。

3．2 圖形結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)

圖形強(qiáng)度設(shè)計(jì)指變形點(diǎn)之間，變形點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的幾何圖形配置，網(wǎng)中獨(dú)立基線數(shù)目和相互連接方式設(shè)計(jì)。首先，在圖形選擇過程中，必須顧及基準(zhǔn)點(diǎn)對變形點(diǎn)的有效控制，同時(shí)基準(zhǔn)點(diǎn)之間又要能相互檢校。其次，在模型識別和參數(shù)識別方面的設(shè)計(jì)將可保證真正的變形模型，和引起變形的真正因素，以便分析引起變形的真正因素和采取相應(yīng)的對策。

參數(shù)識別的設(shè)計(jì)模型由上述可知，只要可區(qū)分度指標(biāo)滿足要求，則靈敏度一定滿足要求，但最佳變形模型的參數(shù)常常還需要更為精確的估計(jì)。

3．3 觀測時(shí)段和周期的設(shè)計(jì)

針對觀測時(shí)段和周期，可以將工程及工程變形的性質(zhì)（如劇烈變化，連續(xù)較快變化，長時(shí)期的緩慢變化等）結(jié)合起來分析，做出有利用于實(shí)現(xiàn)分析成果和監(jiān)測意圖的最佳觀測周期，且可以結(jié)合目前天空的衛(wèi)星分布情況，衛(wèi)星的健康狀況，對于時(shí)段的長短、白天、黑夜、氣象等及外界因素的各種分析，得出最佳的觀測時(shí)段。

3．4 連續(xù)長時(shí)間觀測，分歷元數(shù)據(jù)處理—描述變形體位移（水平）的數(shù)據(jù)處理新方法

通常所進(jìn)行的相對靜態(tài)定位方法是利用在某一時(shí)間段觀測（同步）的數(shù)據(jù)，利用差分等手段，求得點(diǎn)與點(diǎn)之間的坐標(biāo)向量；而對于連續(xù)不斷的工程變形，獲得的是這一時(shí)間段內(nèi)，點(diǎn)位之間最成熟的關(guān)系值。但常常需要知道一較小時(shí)間里，甚至某一時(shí)刻的最成熟的點(diǎn)與點(diǎn)之間的關(guān)系，目前，比較常用的是：利用較長一段時(shí)間的同步觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分歷元數(shù)據(jù)處理，求得該時(shí)刻最成熟的點(diǎn)與點(diǎn)之間關(guān)系的方法。

結(jié)語

我國的大專院校、科研部門正積極參與這一場高技術(shù)領(lǐng)域的研究，建立我國高精度GPS控制網(wǎng)，從事GPS定軌和精密定位的研究，這將使GPS技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域中展示出應(yīng)用的美好前景。

參考文獻(xiàn)

[1]劉大杰、施一民、過靜 ．全球定位系統(tǒng)（GPS）的原理與數(shù)據(jù)處理．上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996.

[2]國家測繪總局主編．全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范（GB/T18314-2001）．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

[3]中國有色金屬工業(yè)總公司主編．工程測量規(guī)范（GB50026-93）．北京：中國計(jì)劃出版社，2004.

[4]顧孝烈．城市與工程控制網(wǎng)設(shè)計(jì)．上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1992.