试述GPS技术在大面积地形图平面控制测量中的应用

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【摘要】随着gps 技术的不断成熟和发展,它以应用到社会的各个领域和行业,本文主要根据GPS 特点，探究了GPS技术在大面积地形图平面控制测量中的应用。

【关键词】GPS技术控制测量

中图分类号：P228.4文献标识码： A 文章编号：

引言

在我国，随着经济的发展与社会的进步，特别在传统的安土重迁的观念以及房地产业强势发展的背景下，土地不断受到政府与普通大众的重视。随着高新技术的发展与普及，ＧＰＳ技术逐渐进入地形测量领域，并发挥着重要的作用。全球定位系统(GPS)在平面控制测量中等方面都得到广泛的应用。

一、GPS定位

21世纪3S(RS、GPS、GIS)技术,即遥感、全球定位系统和地理信息系统在土地测量的应用已成为最有吸引力的高新技术领域,赢得广大使用者的信赖,并成功地应用于多种学科GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。

GPS定位原理：GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的。如图1所示,在待测点Q设置GPS接收机,在某一时刻同时接收到3颗(或3颗以上)卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和计算,可求得该时刻接收机天线中心(测站点)至卫星的距离Q1、Q2、Q3。根据卫星星历可查到该时刻3颗星的三维坐标(Xj, Yj,Zj), j=1,2,3,从而由下式解算出Q点的三维坐标(X,Y,Z):

Q21=(X-X1)2+(Y-Y1)2+(Z-Z1)2

Q22=(X-X2)2+(Y-Y2)2+(Z-Z2)2

Q23=(X-X3)2+(Y-Y3)2+(Z-Z3)2

GPS定位的特点

(l)高精度三维定位。GPS点是直接从GPS卫星中获取三维定位信息,因此各点之间不存在逐点推算和误差积累,且精度均匀。

(2)设计和布点方便灵活。GPS定位精度同GPS点的几何图形基本无关,而且和经典在地网不同,它不受地面点间必须相互通视的限制,从而使控制网图形设计和点间距离不受限制,选点比较方便灵活。

(3)对地理条件和作业条件要求低。

(4)作业费用低,工作效率高。GPS观测基本上不受气象条件的影响,这是常规手段无法比拟的。

二、地形测量

地形测量【topographic survey】指的是测绘地形图的作业。即对地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程进行测定，并按一定比例缩小，用符号和注记绘制成地形图的工作。地形图的测绘基本上采用航空摄影测量方法，利用航空像片主要在室内测图。但面积较小的或者工程建设需要的地形图，现在一般采用全站仪或RTK进行数字化成图。

地形测量工作主要步骤：1、制定工作计划，确定实施方案；2、收集测区已有资料，并根据实际情况编制地形测量技术设计书；3、组织人员，成立项目部，设立技术组及质量检查组；4、准备各类测绘仪器及器材，制作测量标志等；5、进行控制测量；6、进行地形图野外数据采集，包括各地物点、地形的平面位置和高程数据；7、内业计算机数据处理，成图及各种资料整理；8、质量检查及验收工作。

三、数字化地形图的平面测量

1 导出野外测量数据

在“绘图处理”菜单中, 选择展野外测点点号, 选择保存好的数据文件,读入点号坐标数据。

2 绘制地形地物平面图

根据野外作业时绘制的草图和所测地物点的点号,在屏幕右侧菜单区中选择相应的地形图图式符号绘制所有的地物。一般绘图顺序为:先绘各种控制点、道路水渠、河流等,使图有个大致轮廓; 其次绘房屋、独立地物、植被、管线设施等。绘图时, 使用工具栏中的放大缩小工具或鼠标的三键进行对图形局部放大、缩小和拖拉,便于编辑图形。

3 绘制等高线

绘等高线必须先将野外测的高程点建立数字地面模型(DTM),然后在数字地面模型上生成等高线。在“绘图处理菜单”下选择“展高程点”,弹出数据文件对话框,选取目标文件打开数据。此时命令区提示:“注记高程点的距离(米):”根据规范要求输入高程注记距离或回车默认注记全部高程点的高程,将所有高程点和控制点的高程均自动展绘到图上。在“等高线”菜单中,用鼠标点击“建立 DTM”,选择 DTM 生成的方式建立 DTM,然后选择“绘制等高线”生成等高线。

4 文字注记

在 CASS 软件屏幕右侧菜单中,选择“文字注记”项,根据绘制的草图,在命令行中输入文字高度、注记内容并在地形图上选择注记位置, 完成文字注记。

5 图形检查与整饰

进行大比例尺数字测图,由于实际地形地物的复杂性, 漏测、错测是难以避免的。通过野外检查, 及时进行补测和重测。利用CASS 软件中强大的图形编辑系统,在保证精度情况下,根据实测坐标和实地变化情况,对地形、地物进行增加或删除、修改, 以保证地形图与实际地形相符。地形图野外校核完成后,根据测区范围和图式要求,选择“绘图处理”中的标准图幅或任意图幅, 注明图名、测绘人员、左下角坐标值等图框参数,保存图形文件,即完成地形图的绘制。

四、ＧＰＳ技术在地形测量中的应用流程

平面控制测量的基本流程。一是建立起测区的控制网，即根据地形测量规范的要求，同时结合当地的实际情况，利用ＧＰＳ静态测量的方法来建立起测区的控制网，并使之与国家点联测，求出各点坐标需求，从而不断促进城镇地籍信息系统的建设以及城镇地形管理的水平。二是将求取的地方坐标转换成为参数，即合理选择控制网中的已知的点，求得转换参数，为ＲＴＫ动态测量做好准备。三是基准站应该架设在地势较高、四周开阔的地方，从而便于电台的发射以及卫星的接收。四是外业操作基准站设置好后，开机进行系统设置、无线电设置和天线高输入并且启动基准站。对于流动站，也需要进行对应于其基准站的设置，并进行测量。五是完成外业的测量工作后，可以将数据传入内业软件，并转换为所需的数据类型。

碎部测量的基本流程。在界址点与地物点测定之前，传统的方法在首级控制网下会加密一级和二级的导线与图根导线。但是随着ＧＰＳ技术的普及试验，利用ＧＰＳ快速静态模式来设置导线，成为一种高效率的选择。在变更地形测量时，当原有已知点破坏较多时，可以选择ＧＰＳ快速静态模式来加密导线。但是观测时间应该在事物分钟以上，同时保证布网时有足够的起算点。现在界址点解析法测量方法主要是全站仪极坐标法和ＧＰＳ－－ＲＴＫ法，采用ＧＰＳ－－ＲＴＫ方法时由于每个界点的测量都是孤立进行的，没有检核条件，因而，建议每个界址点起码需要认真测定两次。

五、GPS在大面积地形图平面控制测量的注意事项

(1)GPS点位选择的好坏,直接影响卫星信号,要远离高压线、电视及无线电发射塔、电厂及变电站。

(2)外业定位测量时,仪器对中和量取天线高产生的误差和错误,是无法从同步环、异步环闭合差检核中检验出来的,作业时应对此进行认真检核,应采取足够的措施(如强制对中等)来减少该项误差。

(3)面对多台GPS接收机联合作业,在满足规范的情况下,如何按排观测方案,发挥最大效率,则是值得认真考虑的问题。不仅组织者要有较高的领导和管理水平,而且作业人员要紧密合作,认真负责,是集体智慧的结晶。

(4)利用软件特性对数据进行处理,求得最佳结果,加强检核条件,需要内业计算人员认真细致,并且要有较高的测量专业知识和计算机知识。

GPS卫星定位技术的迅速发展,给测绘工作带来了革命性的变化,也对地形图平面控制测量工作带来了巨大的影响。利用GPS技术进行在大面积地形图平面控制测量的控制,没有常规三角网(锁)布设时要求近似等边及精度估算偏低时应加测对角线或增设起始边等繁琐要求,只要使用的GPS仪器精度与等级控制精度匹配,控制点位的选取符合GPS点位选取要求,那么所布设的GPS网精度就完全能够满足在大面积地形图平面控制测量规程要求。

参考文献

[1] 张里程,王成海.利用全站仪,CASS 测绘数字化地形图[J].煤炭科技,2005(1):34-35大学出版社,2001.

[2］纪勇.地籍测量与房地产测绘［M］，中国电力出版社，2012．

[3] 熊春宝,姬玉华.测量学[M].天津:天津大学出版社,2001.123-124.

[4] 全球定位系统（GPS）测量规范（标准代号为GB/T18134–2009）