摘要： 隨著市政規(guī)劃和工程建設(shè)的需要，地形測量的重要性日益提高，并受到了廣泛的關(guān)注和重視，近兩年來相關(guān)測繪技術(shù)的發(fā)展并先后應(yīng)用于地形測量也為地形測量的準確性和科學(xué)性提供了保障，在此基礎(chǔ)上開展GPS技術(shù)數(shù)字化地形測量應(yīng)用研究對地形測量有著重要的意義。

　　關(guān)鍵詞：GPS技術(shù) 數(shù)字化 地形測量 應(yīng)用

　　一、地形測量、GPS技術(shù)的涵義

　　地形測量(topographic survey)指的是測繪地形圖的作業(yè)。即對地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程進行測定，并按一定比例縮小，用符號和注記繪制成地形圖的工作。地形圖的測繪基本上采用航空攝影測量方法，利用航空像片主要在室內(nèi)測圖。但面積較小的或者工程建設(shè)需要的地形圖，采用平板儀測量方法，在野外進行測圖。 廣義上，地形測量是為城市、礦區(qū)以及各種工程提供不同比例尺的地形圖，以滿足城鎮(zhèn)規(guī)劃、礦山開采設(shè)計以及各種經(jīng)濟建設(shè)的需要。

　　GPS(Global Positioning System)即全球定位系統(tǒng)，是由美國建立的一個衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)的測繪工具。 GPS定位技術(shù)與常規(guī)地面測量定位相比，具有抗干擾性能好、保密性強，觀測時間短，執(zhí)行操作簡便，功能多、應(yīng)用廣，高精度、全天候、全覆蓋的特點。

　　RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)又稱載波相位差分技術(shù)，是實時處理2個測站載波相位觀測量的差分方法。載波相位差分方法分為兩類，一類是修正法，另一類是差分法。所謂修正法，即將基準站的載波相位修正值發(fā)送給用戶，改正用戶接收到的載波相位，再解求坐標。所謂差分法，是將基準站采集的載波相位發(fā)送給用戶 ，進行求差解算坐標。

　　二、GPS技術(shù)及RTK作用

　　(一)GPS技術(shù)

　　GPS全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成，測量用戶還應(yīng)有衛(wèi)星接收設(shè)備。

　　1、空間衛(wèi)星群：GPS的空間衛(wèi)星群由24顆高約20萬公里的GPS衛(wèi)星群組成，均勻分布在6個軌道面上，各平面之間交角為 60o，軌道和地球、赤道的傾角為 55o，衛(wèi)星的軌道運行周期為1 1小時58分，可以保證在任何時間、任何地點地平線以上接收4到11顆GPS衛(wèi)星發(fā)送出的信號。

　　2、GPS衛(wèi)星接收設(shè)備：由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計算機、氣象儀等組成，其作用是接收 GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號，利用信號進行導(dǎo)航定位等。

　　3、GPS地面控制系統(tǒng)：GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)包括1個主控站、3個注入站和5個監(jiān)測站。主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對 GPS的觀測數(shù)據(jù)計算衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星中的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去。同時還對衛(wèi)星進行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，調(diào)度備用衛(wèi)星等;監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號，監(jiān)測衛(wèi)星工作狀態(tài);注入站的作用是將主控站計算的數(shù)據(jù)注入到衛(wèi)星中去。

　　(二)RTK的作用

　　RTK技術(shù)也同樣受到基準站至用戶距離的限制。為解決此問題，發(fā)展成局部區(qū)域差分和廣域差分定位技術(shù)。

　　應(yīng)用 RTK技術(shù)進行定位時，要求基準站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)及已知數(shù)據(jù)實時傳輸給流動站 GPS接收機，流動站快速求解整周模糊度 ，在觀測到4顆衛(wèi)星后，可以實時地求解出厘米級的流動站動態(tài)位置。這比起GPS靜態(tài)、快速靜態(tài)定位需要事后處理來說，其定位效率會大大提高。故RTK技術(shù)的出現(xiàn)和在測量中的應(yīng)用受到人們的重視和青睞。

　　地形測圖一般是首先根據(jù)控制點加密圖根控制點， 然后在圖根控制點上用經(jīng)緯儀測圖法或平板儀測圖法測繪地形圖。近幾年發(fā)展到用全站儀和電子手簿采用地物編碼的方法，利用測圖軟件測繪地形圖。但都要求測站點與被測的周圍地物地貌等碎部點之問的通視，而且至少要求 2～3人操作。采用 RTK技術(shù)進行測圖時，僅需1人背著儀器在要測的碎部點上呆上 1～2秒鐘并同時輸入特征編碼，通過電子手簿或便攜微機記錄，在點位精度合乎要求的情況下，把1個區(qū)域內(nèi)的地形地物點位測定后回到室內(nèi)或野外，由專業(yè)測圖軟件可以輸出所要求的地形圖。

　　三、測量中動態(tài)和靜態(tài)

　　GPS測量分為動態(tài)和靜態(tài)，動態(tài)GPS測量主要應(yīng)用于礦山和公路的放樣及碎部點的采集;而靜態(tài) GPS測量主要應(yīng)用于工程建設(shè)的控制階段。

　　由于GPS測量技術(shù)要求高，作業(yè)周期短，并且要求有幾臺接收入機同時作業(yè)，因此要保證作業(yè)的高精度必須在作業(yè)前有周密的計劃，如在GPS測量觀測計劃中，每點觀測次數(shù)盡量保證在2次以上，臨近點基本都用直接觀測基線向量相連，網(wǎng)的邊緣點盡量與內(nèi)部點同步觀測;外業(yè)觀測時段、觀測時間的選取及觀測數(shù)據(jù)必須每天傳輸存盤等。

　　基線解算及工作質(zhì)量評定直接影響到 GPS網(wǎng)的精度，應(yīng)認真做好當天的基線解算工作及閉合差和復(fù)測基線較差的統(tǒng)計工作，正確篩選合格基線。對于不合格基線要及時采取措施解決或重新測量，這對保證觀測精度，提高工作效率是至關(guān)重要的。

　　應(yīng)用GPS定位技術(shù)建立平面控制網(wǎng)，不僅具有精度高、工期短和費用省的優(yōu)點，而且由于 GPS測量本身的特點，網(wǎng)形構(gòu)造簡單，點的疏密和邊長的長短都可適當選取，這樣在建立城市控制網(wǎng)時，即使離國家三角點較遠，仍可進行連接 ，并進行控制網(wǎng)的定位和定向。另外，還可以解決常規(guī)測量中點位之間無法通視的困難，選點靈活，不需要高標，同時還可解決外業(yè)施測受天氣影響的困難。因此，應(yīng)用 GPS技術(shù)建立平面控制網(wǎng)的方法值得推廣。

　　四、數(shù)字化地形測量的組織

　　數(shù)字化地形測量是工程施工與規(guī)劃的基礎(chǔ)，同時由于數(shù)字化地形測量需要較高的準確性和精確性，因而需要良好的組織。具體來說主要包括：

　　(一)測量方案

　　數(shù)字化地形測量項目的作業(yè)方案根據(jù)儀器設(shè)備條件確定，儀器設(shè)備條件不同，作業(yè)方案變化各異，一般可選用靜態(tài)GPS網(wǎng)作基本控制，導(dǎo)線!動態(tài)作加密控制，支導(dǎo)線補充測站點，全站儀!動態(tài)碎部數(shù)據(jù)采集，進而計算機軟件機助成圖的作業(yè)方案。一定條件下，大比例尺數(shù)字化地形測量可以一次性全面布網(wǎng)至測站點，并且可以直接先測圖而不受先控制后測圖逐級加密等測量原則的約束。

　　(二)測量工序

　　地形測量的工序主要分為兩個環(huán)節(jié)：一是控制測量與計算機輔助平差計算;二是碎部數(shù)據(jù)采集與軟件編圖成圖。兩個環(huán)節(jié)間以數(shù)據(jù)傳輸為紐帶，即可平行施工又可順序施工，與傳統(tǒng)地形測量相比，減少了大量的中間生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

　　(三)測量方法

　　在生產(chǎn)工序上，數(shù)字化地形測量不一定要遵守先控制、后測圖的原則，控制測量、碎部測圖可以同時進行，甚至可以是先測圖后控制，只是后者需將碎部成圖以控制點為基準借助成圖軟件進行測站糾正。在控制點點之記的制作上，數(shù)字化地形測量不一定要將其作為一個專門工作來進行，可依據(jù)最終成圖編繪點之記“碎部測圖在數(shù)字化地形測量中只是一個數(shù)據(jù)采集的過程成圖大量的工作已從外業(yè)轉(zhuǎn)移到了內(nèi)業(yè)，目前，碎部成圖作業(yè)方法較多，因人而異。

　　五、GPS技術(shù)在數(shù)字化地形測量相關(guān)技術(shù)中的應(yīng)用

　　(一)測量范圍廣。GPS技術(shù)由于由高策低，測量范圍可以很大。可按需布設(shè)控制網(wǎng)，簡化加密級別，省去聯(lián)測過渡點。

　　(二)測量精度高。隨著GPS技術(shù)的日益成熟和快速發(fā)展，現(xiàn)今，生產(chǎn)性作業(yè)精度可達1~Z10-6mm，國外可達零點幾10-6mm，可建立比常規(guī)測量精度更高的控制網(wǎng)。

　　(三)各個聯(lián)測點之間不要求通視，不必建造高規(guī)標。

　　(四)觀測自動化程度高。外業(yè)用電紐操作，內(nèi)業(yè)用計算機處理數(shù)據(jù)，作業(yè)時間短，效率高。

　　測量成果可得三維地心坐標，優(yōu)于常規(guī)測量的平面坐標和高程系統(tǒng)分離狀況，有利于宇航科學(xué)、導(dǎo)彈發(fā)射等空間科學(xué)的應(yīng)用。星座布置完成后，可24h觀測，在雨、霧、雪等條件下亦可全天候作業(yè)。

　　六、總結(jié)

　　近兩年來相關(guān)測繪技術(shù)的發(fā)展并先后應(yīng)用于地形測量也為地形測量的準確性和科學(xué)性提供了保障。GPS技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的結(jié)晶，它是衛(wèi)星技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和天文觀測技術(shù)等高科技尖端技術(shù)的綜合產(chǎn)物，GPS技術(shù)的出現(xiàn)與不斷完善將會進一步推進地形測量技術(shù)的改進，完善和豐富地形測量方法。在此基礎(chǔ)上開展GPS技術(shù)數(shù)字化地形測量應(yīng)用研究對地形測量有著重要的意義

　　參考文獻

　　[1]孟繼紅，何秀珍.《數(shù)字化地形測量的幾個問題探討》，載《地礦測繪》，2005，3.

　　[2]李元征，黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理.武漢：武漢大學(xué)出版社，2007.1