摘要:進(jìn)入21世紀(jì)90年代以來，全球定位系統(tǒng)在應(yīng)用領(lǐng)域的研究取得了迅速進(jìn)展，GPS技術(shù)逐漸傳播到經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域。土地測量是我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中一項(xiàng)不可或缺的工作，以往的測繪手段存在很大的局限性，隨著GPS技術(shù)的發(fā)展利用，它在土地測繪中起到必不可少的作用，筆者主要從以下幾個方面去探討GPS技術(shù)在土地測量中的傳播應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:GPS衛(wèi)星定位技術(shù);土地測量;應(yīng)用

中圖分類號:N39文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672-8122(2010)09-0191-02

GPS是目前世界上最先進(jìn)、最完善的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，它不僅具有全球性、全天候、實(shí)時精密三維導(dǎo)航與定位的能力，而且具有良好的抗干擾性和保密性，因此引起世界各國軍事部門和廣大民用部門的普遍關(guān)注。由于GPS定位技術(shù)的高度自動化及其所達(dá)到的高精度和具有的潛力，也引起測繪界的高度重視，尤其是在近幾年來GPS定位技術(shù)在應(yīng)用基礎(chǔ)的研究、新應(yīng)用領(lǐng)域的開拓、軟件和硬件的開發(fā)等方面都取得了迅速發(fā)展。廣泛的科學(xué)試驗(yàn)活動也為這一新技術(shù)的應(yīng)用展現(xiàn)了極為廣闊的前景。

目前，GPS精密定位技術(shù)已廣泛的滲透到經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域，特別是在大地測量及其相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域，如地球動力學(xué)、海洋大地測量學(xué)、地球物理勘探、資源勘察、航空與衛(wèi)星遙感、工程測量學(xué)等方面的廣泛應(yīng)用，充分地顯示了這一衛(wèi)星定位技術(shù)的高精度和高效益。

一、傳統(tǒng)監(jiān)測方法的弊端

傳統(tǒng)的野外監(jiān)測采用的是簡易補(bǔ)測法或平板儀補(bǔ)測法。近代采用的遙感手段在土地利用現(xiàn)狀監(jiān)測中，雖然對于宏觀變化有很強(qiáng)的適用性，但受限于成像條件和地形環(huán)境，目前還不能全面及時地反映動態(tài)的變化，特別在微觀監(jiān)測方面仍多采用傳統(tǒng)技術(shù)方法。簡易補(bǔ)測法就是利用變更地物與周圍明顯地物之間的相關(guān)位置關(guān)系，使用皮尺或鋼尺根據(jù)比較法、截距法、延長線截距法、距離交會法、直角坐標(biāo)法等幾何方法來進(jìn)行實(shí)測丈量。簡易補(bǔ)測法只適用于小范圍變更且變更地物周圍有明顯地物點(diǎn)的情況。當(dāng)已知明顯地物點(diǎn)較少，變更范圍較大的地區(qū)，傳統(tǒng)的監(jiān)測方法是采用平板儀補(bǔ)測。平板儀補(bǔ)測法速度慢、效率低，并且實(shí)施過程中易受主觀因素干擾，使精度不能保持穩(wěn)定，影響監(jiān)測成果質(zhì)量。應(yīng)用手持差分型GPS接收機(jī)，采用最新衛(wèi)星定位技術(shù)，將使監(jiān)測速度和精度大大提高，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測方法的種種弊端，省時省工，適用于各種各樣復(fù)雜的變更情況，真正地實(shí)現(xiàn)了動態(tài)監(jiān)測的實(shí)時性和數(shù)值化，保證了土地利用現(xiàn)狀調(diào)查的現(xiàn)時性。目前，國內(nèi)土地動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)還不完善，由此，把尖端的GPS技術(shù)應(yīng)用于土地利用動態(tài)監(jiān)測的大膽嘗試，將大大加快動態(tài)監(jiān)測的進(jìn)程，為形成實(shí)時、高效的動態(tài)監(jiān)測體系奠定基礎(chǔ)。

二、GPS定位技術(shù)在大地測量中的優(yōu)點(diǎn)

近年來，GPS精密定位技術(shù)在我國得到廣泛應(yīng)用[1]。在大地測量、工程測量與變形測量、資源勘察及地殼運(yùn)動監(jiān)測等許多方面都取得了良好效果和成功經(jīng)驗(yàn)，充分地證明了GPS精密定位技術(shù)的優(yōu)越性和巨大潛力。在21世紀(jì)，GPS導(dǎo)航與定位技術(shù)將會獲得進(jìn)一步的發(fā)展，應(yīng)用將更為廣泛，效益會更為顯著，將為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步發(fā)揮更大的作用。

GPS衛(wèi)星定位技術(shù)與常規(guī)測量相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):

1.GPS點(diǎn)之間不要求相互通視，對GPS網(wǎng)的幾何圖形也沒有嚴(yán)格要求，從而使GPS點(diǎn)位的選擇更為靈活，可以自由布設(shè)。

2.定位精度高。目前，采用載波相位進(jìn)行相對定位，精度可達(dá)1×10-6。

3.觀測速度快。目前，利用靜態(tài)定位方法，完成一條基線的相對定位所需要的觀測時間，根據(jù)要求的精度不同，一般為1～3h。如果采用快速靜態(tài)相對定位技術(shù)，觀測時間可縮短至數(shù)分鐘。

4.功能齊全。GPS測量可同時測定測點(diǎn)的平面位置和高程。采用實(shí)時動態(tài)測量還可進(jìn)行施工放樣。

5.操作簡便。GPS測量的自動化程度很高，作業(yè)員在觀測中只需安置和開啟、關(guān)閉儀器、量取天線高度、監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)及采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)，而其他(如捕獲、跟蹤)觀測衛(wèi)星和記錄觀測數(shù)據(jù)等一系列測量工作均由儀器自動完成。

6.全天候、全球性作業(yè)。由于GPS衛(wèi)星有24顆分布合理，在地球上任何地點(diǎn)、任何時刻均可連續(xù)同步觀測到4顆以上衛(wèi)星，因此在任何地點(diǎn)、任何時間均可進(jìn)行GPS測量。GPS測量一般不受天氣狀況的影響。

三、GPS衛(wèi)星定位的基本原理

GPS衛(wèi)星定位原理是空間距離交會法。根據(jù)測距原理，其定位方法主要有偽距法定位、載波相位測量定位和GPS差分定位。對于待定點(diǎn)位，根據(jù)其運(yùn)動狀態(tài)可分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位。

靜態(tài)定位是指用GPS測定相對于地球不運(yùn)動的點(diǎn)位。GPS接收機(jī)安置在該點(diǎn)上，接收數(shù)分鐘乃至更長時間，以確定其三維坐標(biāo)，又稱為絕對定位。

動態(tài)定位是確定運(yùn)動物體的三維坐標(biāo)。

若將兩臺或兩臺以上GPS接收機(jī)分別安置在固定不變的待定點(diǎn)上，通過同步接收衛(wèi)星信號，確定待測點(diǎn)之間的相對位置，稱為相對定位。

GPS接收機(jī)接收的衛(wèi)星信號有偽距觀測值、載波相位觀測值及衛(wèi)星廣播星歷。利用偽距和載波相位均可進(jìn)行靜態(tài)定位。利用偽距定位精度較低。高精度定位常采用載波相位觀測值的各種線性組合，即差分，以減弱衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差、電離層和對流層延遲等誤差影響。這樣獲得的兩點(diǎn)間的坐標(biāo)差即基線向量，其測量精度可達(dá)到±(5mm+1×10-6D)，D為相鄰點(diǎn)間距離，以km為單位。

四、GPS測量的作業(yè)模式

GPS測量的作業(yè)模式是指利用GPS定位技術(shù)確定觀測站之間相對位置所采用的作業(yè)方式，它與GPS接收設(shè)備的硬件和軟件密切相關(guān)。不同的作業(yè)模式，其作業(yè)方法、觀測時間及應(yīng)用范圍亦不同[2]。

今年來，由于GPS測量數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)的發(fā)展，目前已有多種作業(yè)模式可供選擇。作業(yè)模式主要有靜態(tài)定位、快速靜態(tài)定位、準(zhǔn)動態(tài)定位及動態(tài)定位等。

(一)靜態(tài)定位模式

靜態(tài)定位模式是將GPS接收機(jī)安置在基線端點(diǎn)上，觀測中保持固定不動，以便能通過重復(fù)觀測取得足夠多的觀測數(shù)據(jù)，以提高定位的精度。這種作業(yè)模式一般是采用兩套或兩套以上GPS接收設(shè)備，分別安置在一條或數(shù)條基線的端點(diǎn)上，同步觀測4顆以上衛(wèi)星?？捎^測數(shù)個時段，每個時段長1～3h。靜態(tài)定位一般采用載波相位觀測量。靜態(tài)定位模式所觀測的基線邊應(yīng)構(gòu)成某種閉合圖形，這樣有利于觀測成果的驗(yàn)核，增加網(wǎng)的強(qiáng)度，提高成果的可靠性及平差后的精度。靜態(tài)定位測量是當(dāng)前GPS測量中精度最高的作業(yè)模式。

(二)快速靜態(tài)定位模式

快速靜態(tài)定位模式是在測區(qū)的中部選擇一個基準(zhǔn)站，并安置一臺接收機(jī)，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星;另一臺接收機(jī)依次到各點(diǎn)流動設(shè)站，并且在每個流動站上靜止觀測數(shù)分鐘，以快速解算法解算整周未知數(shù)。這種作業(yè)模式要求在觀測中必須至少跟蹤4顆衛(wèi)星，而且流動站距基準(zhǔn)站一般不少過15km。由于流動站的接收機(jī)在遷站過程中無須保持對所測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，因而可以關(guān)閉電源以節(jié)約電能。這種作業(yè)模式觀測速度快，精度也較高，流動站相對基準(zhǔn)站的基線中誤差可達(dá)±[(5～10)mm+1×10-6D]，但由于直接觀測邊不夠成閉合圖形，所以缺少核驗(yàn)條件。因此，快速靜態(tài)定位一般用于工程控制測量及其加密、地籍測量和碎部測量等。

(三)準(zhǔn)動態(tài)定位模式

在測區(qū)選擇一基準(zhǔn)站，安置接收機(jī)連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星，另一臺接收機(jī)為流動站的接收機(jī)。該作業(yè)模式在作業(yè)時必須至少有4顆以上的衛(wèi)星可供觀測。在觀測過程中，流動的接收機(jī)對所測衛(wèi)星信號不能失鎖，如果發(fā)生失鎖現(xiàn)象，應(yīng)在失鎖后的流動點(diǎn)上，將觀測時間延長至數(shù)分鐘。流動點(diǎn)與基準(zhǔn)站距離不超過15km。準(zhǔn)動態(tài)定位適用于開闊地區(qū)的控制點(diǎn)加密、路線測量、工程定位及碎部測量等。

(四)動態(tài)定位模式

先建立一個基準(zhǔn)站，并在其上安置接收機(jī)連續(xù)跟蹤觀測所有可見衛(wèi)星。另一臺接收機(jī)安裝在運(yùn)動的載體上，在出發(fā)點(diǎn)靜止觀測數(shù)分鐘，以便快速解算整周未知數(shù)。動態(tài)定位的觀測速度快，并可實(shí)現(xiàn)載體的連續(xù)實(shí)時定位。運(yùn)動點(diǎn)相對基準(zhǔn)站的基線精度一般可達(dá)±[(10～20)mm+1×10-6D]，適用于測定運(yùn)動目標(biāo)的軌跡、路線中線測量、開闊地區(qū)的斷面測量及航道測量。

五、GPS測量的實(shí)施

GPS測量按照其性質(zhì)可分為外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩部分。外業(yè)工作主要包括選點(diǎn)、野外觀測工作及成果質(zhì)量檢核等，內(nèi)業(yè)工作主要包括GPS測量的技術(shù)設(shè)計、測后數(shù)據(jù)處理及技術(shù)總結(jié)等。

(一)GPS測量的外業(yè)實(shí)施

GPS選點(diǎn)測量測站點(diǎn)之間不要求一定通視，而且網(wǎng)的圖形選擇也比較靈活，正由于GPS具有布點(diǎn)靈活、全天候、速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)，才使GPS技術(shù)在國內(nèi)各省市的城鎮(zhèn)地籍控制測量中得以廣泛應(yīng)用。所以選點(diǎn)工作遠(yuǎn)較傳統(tǒng)的控制測量選點(diǎn)工作簡便。但考慮測量的特殊性，并顧及后續(xù)測量，選點(diǎn)時應(yīng)著重考慮:1.每點(diǎn)最好與某一點(diǎn)通視，以便后續(xù)測量工作的使用;2.點(diǎn)周圍高度角15°以上不要有障礙物，以免信號被遮擋或吸收;3.點(diǎn)位要遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源、高壓電線等，以免電磁場對信號的干擾;4.點(diǎn)位應(yīng)選在視野開闊、交通方便、有利擴(kuò)展、易于保存的地方，以便觀測和日后使用;5.選點(diǎn)結(jié)束后，按要求埋設(shè)標(biāo)石，并填寫點(diǎn)之記。

(二)GPS測量的內(nèi)業(yè)實(shí)施

內(nèi)業(yè)實(shí)施就是根據(jù)已知的起始數(shù)據(jù)和外業(yè)的觀測成果、記錄各種參數(shù)進(jìn)行計算或繪制圖象，提出科學(xué)的設(shè)計、規(guī)劃方案。

初期的土地勘測定界主要使用常規(guī)測量儀器，它們存在觀測范圍小、測量精度低、測程短、受外界環(huán)境和人為因素影響較大等缺陷，同時外業(yè)工作量大、勞動強(qiáng)度高。隨著GPS技術(shù)的出現(xiàn)，GPS技術(shù)己成為現(xiàn)代測繪技術(shù)的重要組成部分，同時也在土地勘測定界工作上的應(yīng)用越來越廣泛，它不僅能快速、高效地完成各項(xiàng)勘界工作，而且能夠保證土地勘界成果的準(zhǔn)確性和正確性。

參考文獻(xiàn):

[1]何習(xí)平.測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社，2004.

[2]馮曉.現(xiàn)代工程測量儀器應(yīng)用手冊[M].北京:人民交通出版社，2005.