馬澤祥

山丹縣自然資源局山丹縣地質(zhì)礦產(chǎn)與地理信息中心 甘肅張掖 734100

在近年來(lái)的地形測(cè)量技術(shù)中，GPS技術(shù)已經(jīng)得到了進(jìn)一步的改進(jìn)與完善，并在具體的測(cè)量工作中實(shí)現(xiàn)了自身應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮。將GPS控制測(cè)量方法合理應(yīng)用到地形測(cè)量中，借助于其自動(dòng)化和智能化的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)地形測(cè)量數(shù)據(jù)的高精度獲取，進(jìn)而為相關(guān)工程的設(shè)計(jì)與建設(shè)提供出足具科學(xué)性的數(shù)據(jù)支撐。因此，在具體的地形測(cè)量工作中，相關(guān)單位和工作人員一定要充分注重GPS控制測(cè)量方法的合理應(yīng)用，以此來(lái)確保該技術(shù)的應(yīng)用效果，提升地形測(cè)量效率與質(zhì)量。

1 GPS控制測(cè)量方法分析

1.1 主要原理分析

GPS控制測(cè)量主要通過(guò)載波相位的轉(zhuǎn)變來(lái)實(shí)現(xiàn)，以此來(lái)達(dá)到用戶、地面以及空間的通信效果，每一個(gè)位置都會(huì)有一個(gè)相應(yīng)的動(dòng)態(tài)定位。具體應(yīng)用中，空間衛(wèi)星繞地球一周需要2h左右，在此過(guò)程中會(huì)有無(wú)線電載波發(fā)出，此時(shí)的GPS接收站便會(huì)對(duì)無(wú)線載波信號(hào)進(jìn)行接收，并不斷對(duì)其進(jìn)行傳播[1]。同時(shí)，GPS軟件也會(huì)對(duì)收集到的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，以此來(lái)快速實(shí)現(xiàn)每一個(gè)位置的坐標(biāo)獲取，并時(shí)刻進(jìn)行界樁位置的測(cè)定，進(jìn)而為地形測(cè)量中的各方面數(shù)據(jù)分析與計(jì)算提供科學(xué)依據(jù)。

1.2 主要內(nèi)容分析

在地形測(cè)量過(guò)程中，GPS控制測(cè)量方法的主要內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：第一是對(duì)被測(cè)區(qū)域內(nèi)的經(jīng)濟(jì)地理等各項(xiàng)資料進(jìn)行收集和分析：通過(guò)控制網(wǎng)測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)以及成果資料等各個(gè)方面的數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)實(shí)際質(zhì)量情況的全面獲取，并獲得到需要設(shè)置的基本數(shù)據(jù)，包括坐標(biāo)系、中央子午線位置、高程以及起始點(diǎn)坐標(biāo)等，而通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)資料的了解，便可為下一步工作的實(shí)施奠定良好基礎(chǔ)。第二是對(duì)應(yīng)用到的坐標(biāo)系和起算數(shù)據(jù)進(jìn)行確定：如果確定已有控制網(wǎng)中應(yīng)用的坐標(biāo)系足夠合理，便可繼續(xù)對(duì)該坐標(biāo)系進(jìn)行應(yīng)用。而在GPS網(wǎng)中，其尺寸基準(zhǔn)主要蘊(yùn)含在基線向量觀測(cè)值里，但在此過(guò)程中，也可以通過(guò)已知點(diǎn)之間的平面邊長(zhǎng)對(duì)GPS網(wǎng)尺寸基準(zhǔn)進(jìn)行確定。第三是對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)形設(shè)計(jì)：在對(duì)控制點(diǎn)具體位置和控制網(wǎng)網(wǎng)形進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通常會(huì)采用國(guó)家基本圖，其比例尺是1：10000-1：50000，因?yàn)镚PS網(wǎng)點(diǎn)并沒(méi)有很高的通視要求，所以其控制點(diǎn)的選擇也比較靈活，具體作業(yè)中，工作人員可首先對(duì)需要的點(diǎn)位進(jìn)行選擇，然后再進(jìn)行網(wǎng)形組織[2]。第四是制定GPS點(diǎn)的水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)方案：在通過(guò)GPS控制測(cè)量法進(jìn)行地形測(cè)量的過(guò)程中，不僅可以對(duì)GPS點(diǎn)實(shí)現(xiàn)平面位置的快速獲取，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度的有效提升。

1.3 主要特點(diǎn)分析

在通過(guò)GPS控制測(cè)量方法進(jìn)行地形測(cè)量的過(guò)程中，其主要的特征包括以下幾個(gè)方面：第一是測(cè)量時(shí)間短：在布設(shè)好了GPS測(cè)量控制網(wǎng)之后，各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量時(shí)間僅僅為0.5-1h。第二是測(cè)量精度高：相比較傳統(tǒng)測(cè)量方法而言，該方法具有非常高的測(cè)量精度，在測(cè)量距離一定的情況下，其測(cè)量精度基本與紅外儀裝置的精度一致。第三是可持續(xù)作業(yè)：因?yàn)樵摲椒☉?yīng)用了自動(dòng)化技術(shù)，工作人員僅僅需要對(duì)其監(jiān)管和輔助即可，所以可通過(guò)該方法進(jìn)行持續(xù)的地形測(cè)量。第四是通視要求較低：傳統(tǒng)地形測(cè)量中，因通視要求比較高，所以測(cè)量難度也很大，但是通過(guò)GPS控制測(cè)量方法的應(yīng)用，其通視要求也得以顯著降低，這就加大了測(cè)量點(diǎn)選擇的靈活性，為地形測(cè)量工作的開(kāi)展提供了足夠便利[3]。

2 GPS控制測(cè)量方法在地形測(cè)量中的具體應(yīng)用分析

為實(shí)現(xiàn)GPS控制測(cè)量方法的良好應(yīng)用，滿足實(shí)際地形測(cè)量需求，本文特以某山區(qū)公路建設(shè)施工之前的地形測(cè)量工作為例，對(duì)GPS控制測(cè)量方法在其中的具體應(yīng)用及其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了分析。以下是具體情況：

2.1 工程概況

本次所研究的是某山區(qū)公路地形測(cè)量工作，在該測(cè)量區(qū)域中，山勢(shì)十分陡峭，且有森林和大量的灌木存在，平均地形坡度在20-30度之間，具有十分困難的通視效果。在具體的地形測(cè)量過(guò)程中，傳統(tǒng)測(cè)量方法根本無(wú)法獲取到準(zhǔn)確的地形測(cè)量數(shù)據(jù)?；诖?，建設(shè)單位特采用GPS控制測(cè)量方法對(duì)該山區(qū)公路進(jìn)行了地形測(cè)量，進(jìn)而為該山區(qū)公路后續(xù)的建設(shè)施工提供了足具科學(xué)性的地形測(cè)量數(shù)據(jù)，使其施工如期完成，并確保了施工質(zhì)量。本文就是對(duì)該山區(qū)公路地形測(cè)量過(guò)程中GPS控制測(cè)量方法的應(yīng)用進(jìn)行分析。

2.2 GPS控制網(wǎng)的布設(shè)

因本次的山區(qū)公路為帶狀地形測(cè)量，所以在具體測(cè)量中，為有效滿足工程設(shè)計(jì)和實(shí)際施工需求，將GPS網(wǎng)點(diǎn)緊隨著公路進(jìn)行布設(shè)，要求其點(diǎn)位估計(jì)到公路建設(shè)需要的測(cè)設(shè)范圍，并使其分布情況基本保持均勻，每一個(gè)測(cè)點(diǎn)至少應(yīng)該和相鄰的一個(gè)GPS點(diǎn)達(dá)到通視效果。具體測(cè)量中，E級(jí)GPS點(diǎn)共設(shè)置了17個(gè)，聯(lián)測(cè)已知點(diǎn)共3個(gè)，平均基線是270m。其中的三個(gè)已知聯(lián)測(cè)點(diǎn)是之前所設(shè)置的三等三角形式的GPS控制網(wǎng)，其高程選擇的是1956年的黃海高程系。

2.3 GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)

2.3.1 設(shè)備選擇

在本次測(cè)量中，選用的觀測(cè)設(shè)備是美國(guó)研發(fā)的AshtechSCA-12A單頻形式的接收機(jī)。此類接收機(jī)在靜態(tài)定位測(cè)量方面的精度可以控制在±（10mm+1ppm.D）[4]。結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)實(shí)際需求，本次測(cè)量中共設(shè)置了3臺(tái)此類觀測(cè)設(shè)備。

2.3.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

在本次測(cè)量中，GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)情況如表1：

表1 本次地形測(cè)量中的GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.3.3 觀測(cè)時(shí)間選擇

按照衛(wèi)星星歷，該區(qū)域的時(shí)間在上午9:20之前可以接收到超過(guò)4顆衛(wèi)星中的健康信號(hào)，且這些信號(hào)的圖像強(qiáng)度PDOP值都在6以下。因此，在具體的測(cè)量過(guò)程中，為了讓地形測(cè)量精度達(dá)到最佳，特將每一天的測(cè)量時(shí)間安排在了早上5:30-9:30之間。通過(guò)這樣的方式，便可讓GPS網(wǎng)精度得以良好保障。

2.4 數(shù)據(jù)處理與檢核

在外業(yè)當(dāng)天，應(yīng)該將采集到的地形數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行其基線向量的處理，這樣才可以讓外業(yè)數(shù)據(jù)得到良好的質(zhì)量保障，同時(shí)也是檢驗(yàn)外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的一種有效方法。在本次的數(shù)據(jù)處理中，應(yīng)用的是GPSV5.2軟件，按照自動(dòng)處理之后所輸出的基線向量指標(biāo)，便可獲取到基線的解算狀況。在某天具體作業(yè)中，發(fā)現(xiàn)4-5-6同步環(huán)出現(xiàn)了閉合差超出限制的情況，通過(guò)認(rèn)真分析發(fā)現(xiàn)，之所以出現(xiàn)這樣的情況，是因?yàn)辄c(diǎn)位選擇不夠合理，其中，4號(hào)點(diǎn)位設(shè)置在了5號(hào)點(diǎn)位所在山脊北側(cè)；6號(hào)點(diǎn)位設(shè)置在了5號(hào)點(diǎn)位所在的山脊南側(cè)，使得同步衛(wèi)星環(huán)中的每一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)所觀測(cè)的衛(wèi)星并不同步，要想有效解決這一問(wèn)題，就需要對(duì)個(gè)別的點(diǎn)位進(jìn)行合理調(diào)整。在對(duì)山區(qū)中的地形進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，這也是GPS作業(yè)需要重點(diǎn)關(guān)注和解決的一個(gè)問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)基線向量實(shí)際解算中精度的良好保障，可通過(guò)以下措施來(lái)進(jìn)行處理：

2.4.1 高度截止角的增加

在GPS系統(tǒng)中，高度截止角的默認(rèn)值是150°，而高度截止角的增加則會(huì)讓相應(yīng)的所有噪聲都隨之降低，這對(duì)于整周未知數(shù)的求解以及成果精度的提升十分有利。但是在此過(guò)程中，需要應(yīng)用到比較多的衛(wèi)星來(lái)參與計(jì)算，且需要確保GDOP值足夠良好。

2.4.2 歷元間隔的改變

因?yàn)镚PS設(shè)備自身以及外界都存在一定程度的干擾，這些干擾將會(huì)導(dǎo)致整周調(diào)變現(xiàn)象，比如，在具體的測(cè)量作業(yè)過(guò)程中，樹(shù)葉可能會(huì)阻斷衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)而讓基準(zhǔn)信號(hào)與衛(wèi)星信號(hào)這兩者之間形成混頻，最終導(dǎo)致差頻信號(hào)產(chǎn)生[5]。在這樣的情況下，如果將歷元間隔加以合理改變，就可以讓基準(zhǔn)向量實(shí)際的解算精度得以有效提升。但是歷元間隔的改變勢(shì)必會(huì)引起觀測(cè)時(shí)間的改變，間隔值越大，觀測(cè)所需的時(shí)間也就越長(zhǎng)。

2.4.3 將個(gè)別基線剔除

為了讓基線向量解算獲得更好的精度，具體解算中，可以將帶有粗差的個(gè)別基線剔除，并找出其粗差原因，然后通過(guò)科學(xué)合理的方式重新進(jìn)行測(cè)量。這樣就可以讓基線向量得到更加精確的結(jié)算，以此來(lái)保障整體測(cè)量質(zhì)量。

2.4.4 GPS控制網(wǎng)平差與成果評(píng)價(jià)

本次測(cè)量中，網(wǎng)平差所應(yīng)用的軟件是GPSV5.2形式的隨機(jī)軟件。具體操作中，首先借助于AGS-84型大地坐標(biāo)系來(lái)實(shí)現(xiàn)三維自由網(wǎng)平差，在確定GPS網(wǎng)自由平差內(nèi)部與本次測(cè)量中的實(shí)際精度要求相符之后，便可對(duì)約束網(wǎng)平差進(jìn)行計(jì)算，最后再對(duì)每一個(gè)GPS點(diǎn)上的WGS-84坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，本次測(cè)量中，將其轉(zhuǎn)化成了1954年北京30帶大地坐標(biāo)。在對(duì)網(wǎng)平差進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，將III-10位置的某礦作為起始計(jì)算依據(jù)，并對(duì)平差做三維約束，借助于無(wú)名嶺的計(jì)算成果來(lái)進(jìn)行檢核。在平差之后發(fā)現(xiàn)5號(hào)點(diǎn)最弱，這個(gè)點(diǎn)位上的誤差可以達(dá)到±7mm，最弱勢(shì)相對(duì)精度是1:285000.在將已知的無(wú)名嶺計(jì)算成果和本次測(cè)量中的平差成果進(jìn)行比較厚得出，&x的值是0.010；&y的值是0.010，通過(guò)分析與比較最終確定了GPS定位技術(shù)能夠建設(shè)的控制網(wǎng)具有足夠高的精度。

在本次的GPS高程測(cè)量過(guò)程中，主要利用了III-10型四等水準(zhǔn)點(diǎn)2個(gè)，某礦施測(cè)的GPS水準(zhǔn)，與電磁波四等測(cè)距三角高程相當(dāng)，能夠獲取到的大地高可供高程擬合計(jì)算。因?yàn)楸敬蔚腉PS水準(zhǔn)網(wǎng)按照帶狀進(jìn)行布設(shè)，所以具體的擬合過(guò)程中，選擇了數(shù)學(xué)三次播值樣條函數(shù)模式，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)每一個(gè)GPS點(diǎn)位上的正常高程擬合[6]。在擬合之后發(fā)現(xiàn)，最弱點(diǎn)高程誤差是±0.17mm，這個(gè)精度與電磁波四級(jí)測(cè)距三角高程具體的精度要求相符。

本次外業(yè)檢測(cè)中，將日本研發(fā)生產(chǎn)的SOMASE12110型全站儀用作控制網(wǎng)，并按照I級(jí)導(dǎo)線精度來(lái)實(shí)施外業(yè)檢測(cè)，表2是本次地形測(cè)量中GPS控制網(wǎng)的外業(yè)檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表：

表2 本次地形測(cè)量中GPS控制網(wǎng)的外業(yè)檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)以上的檢測(cè)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，在本次某山區(qū)公路的地形檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)用的GPS控制網(wǎng)具有非常高的精度，其檢測(cè)成果也非常可靠，可有效滿足該山區(qū)公路實(shí)際的地形測(cè)量需求，進(jìn)而為該山區(qū)公路后續(xù)的設(shè)計(jì)與施工提供足具科學(xué)性的參考依據(jù)[7]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展中，很多與地質(zhì)地形相關(guān)的工作都需要應(yīng)用到地形測(cè)量技術(shù)。而在具體的地形測(cè)量技術(shù)中，GPS控制測(cè)量技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)且有效的測(cè)量技術(shù)。將該技術(shù)合理應(yīng)用到地形測(cè)量工作中，通過(guò)GPS控制網(wǎng)的合理布設(shè)、良好的數(shù)據(jù)處理與檢核、GPS控制網(wǎng)平差與成果評(píng)價(jià)等的各項(xiàng)措施，便可獲得到足夠精準(zhǔn)的地形檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)而為相應(yīng)的工程提供足具科學(xué)性的參考依據(jù)?；诖?，在具體的地形測(cè)量工作中，相關(guān)單位和技術(shù)人員一定要對(duì)此項(xiàng)技術(shù)加以合理應(yīng)用，以此來(lái)充分發(fā)揮出其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為地形測(cè)量工作以及相關(guān)工程提供良好的質(zhì)量保障。