電子技術(shù)論文發(fā)表期刊推薦北大核心級(jí)期刊《電子科技》，《電子科技》是由中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部主管，西安電子科技大學(xué)主辦的學(xué)術(shù)、技術(shù)類專業(yè)期刊。國(guó)際刊號(hào)ISSN:1007-7820;國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)CN:61-1291/TN。創(chuàng)刊于1987年，國(guó)家新聞出版總署出版規(guī)范首批A類期刊，陜西省優(yōu)秀期刊。

　　摘要：近年來，GPS定位技術(shù)發(fā)展迅速，在工程測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛，給測(cè)繪領(lǐng)域的發(fā)展帶來了突破性的進(jìn)步。本文從GPS測(cè)量技術(shù)概述出發(fā)，探討了GPS在工程測(cè)量中的特點(diǎn)，并論述了GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用等，有一定的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

　　關(guān)鍵詞：GPS,工程測(cè)繪,精度,特點(diǎn)

　　一、GPS測(cè)量技術(shù)概述

　　GPS定位技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域里的應(yīng)用，主要表現(xiàn)在大地測(cè)量方面，可以說此項(xiàng)技術(shù)基本取代了常規(guī)測(cè)角、測(cè)距手段建立起的大地控制網(wǎng)。在現(xiàn)實(shí)生活中，通常稱應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)建立的控制網(wǎng)叫GPS網(wǎng)。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，GPS網(wǎng)主要分為這樣兩大類：其一是全球性或全國(guó)性的高精度GPS網(wǎng)。這類GPS網(wǎng)中，相鄰點(diǎn)的距離遠(yuǎn)，大多在數(shù)百公里至上萬公里，這類網(wǎng)其主要任務(wù)為一些科學(xué)研究服務(wù)，充當(dāng)全球高精度坐標(biāo)框架或全國(guó)高精度坐標(biāo)框架。比如說，為全球性地球動(dòng)力學(xué)和空間科學(xué)方面的科學(xué)研究工作服務(wù)，或者用以研究地區(qū)性的板塊運(yùn)動(dòng)或地殼形變規(guī)律等問題。這些研究跨越的地理范圍廣，測(cè)量難度大，利用GPS定位技術(shù)很好地解決了這些難題，為這些領(lǐng)域的發(fā)展，提供了技術(shù)支持。其二，區(qū)域的GPS網(wǎng)，這是局部地區(qū)網(wǎng)，比如，常見的GPS城市網(wǎng)、礦區(qū)網(wǎng)和工程網(wǎng)等等，這類網(wǎng)的相鄰點(diǎn)間的距離斷，基本上距離為幾公里至幾十公里。這類網(wǎng)的主要任務(wù)是直接為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，也就是直接影響我們生產(chǎn)生活的網(wǎng)絡(luò)。

　　GPS定位技術(shù)，在工程測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用也是十分廣泛的，該技術(shù)的應(yīng)用正在日益發(fā)揮其巨大作用。比如說，利用GPS進(jìn)行各級(jí)工程控制網(wǎng)的測(cè)量、利用GPS進(jìn)行機(jī)載航空攝影測(cè)量、GPS用于精密工程測(cè)量和工程變形監(jiān)測(cè)、利用RTK技術(shù)進(jìn)行點(diǎn)位的測(cè)設(shè)等等，這些測(cè)量都離不開GPS定位技術(shù)。特別是在災(zāi)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，GPS能夠?qū)?a href='http://www.anghan.cn/dizn/' target='_blank' class=infotextkey>地震活躍區(qū)的地震監(jiān)測(cè)、油田下沉、大壩監(jiān)測(cè)、地表移動(dòng)和沉降監(jiān)測(cè)等，更為甚至還可用來測(cè)定極移運(yùn)動(dòng)和地球板塊的運(yùn)動(dòng)。總之，GPS定位技術(shù)的應(yīng)用是十分廣泛的，作用是十分巨大的，在我國(guó)許多行業(yè)、許多領(lǐng)域，都離不開GPS定位技術(shù)。本文主要探討的是其在工程測(cè)繪中的應(yīng)用，并不是說其在該領(lǐng)域的作用最大，只是就這一方面進(jìn)行探討。

　　二、GPS測(cè)量的特點(diǎn)

　　GPS可為各類用戶連續(xù)提供動(dòng)態(tài)目標(biāo)的三維位置、三維速度及時(shí)間信息。GPS測(cè)量主要特點(diǎn)如下:

　　1.功能多、用途廣GPS

　　系統(tǒng)不僅可以用于測(cè)量、導(dǎo)航,還可以用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。測(cè)速的精度可達(dá)0・1m/s,測(cè)時(shí)的速度可達(dá)幾十毫微妙。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

　　2.定位精度高

　　大量的實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用表明,用載波相位觀測(cè)量進(jìn)行靜態(tài)相對(duì)定位,在小于50km的基線上,相對(duì)定位精度可達(dá)1×10-6~2×10-6,而在100km~500km的基線上可達(dá)10-6~10-7。隨著觀測(cè)技術(shù)與數(shù)據(jù)處理方法的改善,可望在大于1000km的距離上,相對(duì)定位精度達(dá)到或優(yōu)于10-8。在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(RTK)和實(shí)時(shí)差分定位(RTD)方面,定位精度可達(dá)到厘米級(jí)和分米級(jí),能滿足各種工程測(cè)量的要求。其精度如表2所示。隨著GPS定位技術(shù)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展,其精度還將進(jìn)一步提高。

　　3.實(shí)時(shí)定位

　　利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航,即可實(shí)時(shí)確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維位置和速度,可實(shí)時(shí)保障運(yùn)動(dòng)載體沿預(yù)定航線運(yùn)行,亦可選擇最佳路線。特別是對(duì)軍事上動(dòng)態(tài)目標(biāo)的導(dǎo)航,具有十分重要的意義。

　　4.觀測(cè)時(shí)間短

　　目前,利用經(jīng)典的靜態(tài)相對(duì)定位模式,觀測(cè)20Km以內(nèi)的基線所需觀測(cè)時(shí)間,對(duì)于單頻接收機(jī)在1h左右,對(duì)于雙頻接收機(jī)僅需15min~20min。采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位模式,流動(dòng)站初始化觀測(cè)1min~5min后,并可隨時(shí)定位,每站觀測(cè)僅需幾秒鐘。利用GPS技術(shù)建立控制網(wǎng),可縮短觀測(cè)時(shí)間,提高作業(yè)效益。

　　5.觀測(cè)站之間無需通視

　　經(jīng)典測(cè)量技術(shù)需要保持良好的通視條件,又要保障測(cè)量控制網(wǎng)的良好圖形結(jié)構(gòu)。而GPS測(cè)量只要求測(cè)站15°以上的空間視野開闊,與衛(wèi)星保持通視即可,并不需要觀測(cè)站之間相互通視,因而不再需要建造覘標(biāo)。這一優(yōu)點(diǎn)即可大大減少測(cè)量工作的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間(一般造標(biāo)費(fèi)用約占總經(jīng)費(fèi)的30%~50%)。同時(shí),也使選點(diǎn)工作變得非常靈活,完全可以根據(jù)工作的需要來確定點(diǎn)位,可通視也使電位的選擇變得更靈活,可省去經(jīng)典測(cè)量中的傳算點(diǎn)、過渡點(diǎn)的測(cè)量工作。不過也應(yīng)指出,GPS測(cè)量雖然不要求觀測(cè)站之間相互通視,但為了方便用常規(guī)方法聯(lián)測(cè)的需要,在布設(shè)GPS點(diǎn)時(shí),應(yīng)該保證至少一個(gè)方向通視。

　　6.操作簡(jiǎn)便GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高

　　對(duì)于“智能型”接收機(jī),在觀測(cè)中測(cè)量員的主要任務(wù)只是安裝并開關(guān)儀器、量取天線高、采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)、監(jiān)視儀器的工作狀態(tài),而其他工作,如衛(wèi)星的捕獲、跟蹤觀測(cè)和記錄等均由儀器自動(dòng)完成。結(jié)束觀測(cè)時(shí),僅需關(guān)閉電源,收好接機(jī),便完成野外數(shù)據(jù)采集任務(wù)。如果在一個(gè)測(cè)站上需要作較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)觀測(cè),還可實(shí)行無人值守的數(shù)據(jù)采集,通過網(wǎng)絡(luò)或其他通訊方式,將所采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理中心,實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集與處理。GPS用戶接收機(jī)一般重量較輕、體積較小。例如,Ashtech單頻接收機(jī)―――LOCUS最大重量1・4kg,是天線、主機(jī)、電源組合在一起的一體機(jī),自化程度較高,野外測(cè)量時(shí)僅“一鍵”開關(guān),攜帶和搬運(yùn)都很方便。

　　7.可提供全球統(tǒng)一的三維地心坐標(biāo)

　　經(jīng)典大地測(cè)量將平面和高程采用不同方法分別施測(cè)。GPS測(cè)量中,在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí),可以精確測(cè)量觀測(cè)站的大地高程。GPS測(cè)量的這一特點(diǎn),不僅為研究大地水準(zhǔn)面的形狀和確定地面點(diǎn)的高程開辟了新途徑,同時(shí)也為其在航空物探、航空攝影測(cè)量及精密導(dǎo)航中的應(yīng)用,提供了重要的高程數(shù)據(jù)。GPS定位是在全球統(tǒng)一的WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)中計(jì)算的,因此全球不同點(diǎn)的測(cè)量成果是相互關(guān)聯(lián)的。

　　8.全球全天候作業(yè)

　　GPS衛(wèi)星較多,且分布均勻,保證了全球地面被連續(xù)覆蓋,使得在地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)候進(jìn)行項(xiàng)觀測(cè)工作,通常情況下,除雷雨天氣不宜觀測(cè),一般不受天氣狀況的影響。因此,GPS定位技術(shù)的發(fā)展是對(duì)經(jīng)典測(cè)量技術(shù)的一次重大突破。一方面,它使經(jīng)典的測(cè)量理論與方法產(chǎn)生了深刻的變革;另一方面,也進(jìn)一步加強(qiáng)了測(cè)量學(xué)與其他學(xué)科之間的相互滲透,從而促進(jìn)了測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展。

　　三、GPS測(cè)量及四等光電測(cè)距三角高程測(cè)量

　　1.GPS測(cè)量

　　E級(jí)GPS控制網(wǎng)以邊連接方式布設(shè),平均距離為500m~1000m。GPS數(shù)據(jù)采集采用6臺(tái)靈銳S-82型雙頻接收機(jī)。為確保觀測(cè)質(zhì)量,預(yù)先根據(jù)星歷預(yù)報(bào)編制觀測(cè)計(jì)劃。GPS觀測(cè)時(shí)的PDOP值均小于5,保證了衛(wèi)星的幾何結(jié)合和數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。觀測(cè)中作業(yè)模式采用靜態(tài)觀測(cè),采樣間隔為5″,衛(wèi)星截止高度角為15°,有效衛(wèi)星數(shù)均大于7,同步觀測(cè)時(shí)間為40min~50min。天線斜高分別在測(cè)前測(cè)后用鋼卷尺各量取3次取平均值使用。

　　2.四等光電測(cè)距三角高程測(cè)量

　　光電測(cè)距三角高程測(cè)量,采用拓普康GTP-3005LN型全站儀進(jìn)行施測(cè)。距離及高差均采用正倒鏡各測(cè)4次并進(jìn)行往返測(cè),取往返測(cè)平均值使用。各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《光電測(cè)距高程導(dǎo)線測(cè)量規(guī)范》的要求。

　　3.、GPS高差與三角高差的差值分析

　　對(duì)比數(shù)據(jù)由GPS網(wǎng)中隨機(jī)抽取,共抽取8條基線,并對(duì)其進(jìn)行三角高差測(cè)量。表1中往返高差限差均按《光電測(cè)距高程導(dǎo)線測(cè)量規(guī)范》要求的四等高程導(dǎo)線往返高差限差Δh=±45S計(jì)算。我們可以看到每一段的GPS高差與三角高差的差值都優(yōu)于規(guī)范要求,而且每公里高差誤差最大值為±3.29cm,可見在小面積范圍內(nèi)GPS高差精度已經(jīng)達(dá)到了四等高程導(dǎo)線的精度。

　　四、結(jié)束語

　　檢測(cè)結(jié)果表明,10km2范圍內(nèi)GPS高差完全可以取代四等三角高差及等外水準(zhǔn)高差而應(yīng)用于施工當(dāng)中。由此可見,在小面積的測(cè)區(qū)內(nèi)如果采用單點(diǎn)作為測(cè)區(qū)起算點(diǎn)而建立的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)下,GPS高程也同樣能滿足像地質(zhì)礦產(chǎn)勘查與物化探工程測(cè)繪的精度要求。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]王金山,周園.測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:教育科學(xué)出版社,2004.

　　[2]孟凡超.GPS-RTK與全站儀聯(lián)合作業(yè)在數(shù)字測(cè)圖中的應(yīng)用[J].北京測(cè)繪,2010(2)

　　[3]張延忠.GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用及特點(diǎn)[J].科技傳播.2011.(07)

　　[4]林亞斌.王春范.探討測(cè)繪新技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息.2011.(13)