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郭旭阳1,杨模2
（1．国土资源局土地整理测绘中心,陕西户县710300,2．国土资源局政工科,陕西户县71000）
摘 要：进入21世纪90年代以来,全球定位系统在应用领域的研究取得了迅速进展,GPS技术逐渐传播到经济建设和科学技术的许多领域.土地测量是我国经济建设中一项不可或缺的工作,以往的测绘手段存在很大的局限性,随着GPS技术的发展利用,它在土地测绘中起到必不可少的作用,笔者主要从以下几个方面去探讨GPS技术在土地测量中的传播应用.
关键词：GPS卫星定位技术；土地测量；应用
中图分类号：N39
文献标识码：A
文章编号：1672-8122 (2010) 09-0191-02
GPS是目前世界上最先进、最完善的卫星导航与定位系统,它不仅具有全球性、全天候、实时精密三维导航与定位的能力,而且具有良好的抗干扰性和保密性,因此引起世界各国军事部门和广大民用部门的普遍关注.由于GPS定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力,也引起测绘界的高度重视,尤其是在近几年来GPS定位技术在应用基础的研究、新应用领域的开拓、软件和硬件的开发等方面都取得了迅速发展.广泛的科学试验活动也为这一新技术的应用展现了极为广阔的前景.
目前,GPS精密定位技术已广泛的渗透到经济建设和科学技术的许多领域,特别是在大地测量及其相关学科领域,如地球动力学、海洋大地测量学、地球物理勘探、资源勘察、航空与卫星遥感、工程测量学等方面的广泛应用,充分地显示了这一卫星定位技术的高精度和高效益.
一、传统监测方法的弊端
传统的野外监测采用的是简易补测法或平板仪补测法.近代采用的遥感手段在土地利用现状监测中,虽然对于宏观变化有很强的适用性,但受限于成像条件和地形环境,目前还不能全面及时地反映动态的变化,特别在微观监测方面仍多采用传统技术方法.简易补测法就是利用变更地物与周围明显地物之间的相关位置关系,使用皮尺或钢尺根据比较法、截距法、延长线截距法、距离交会法、直角坐标法等几何方法来进行实测丈量.简易补测法只适用于小范围变更且变更地物周围有明显地物点的情况.当已知明显地物点较少,变更范围较大的地区,传统的监测方法是采用平板仪补测.平板仪补测法速度慢、效率低,并且实施过程中易受主观因素干扰,使精度不能保持稳定,影响监测成果质量.应用手持差分型GPS接收机,采用最新卫星定位技术,将使监测速度和精度大大提高,克服了传统监测方法的种种弊端,省时省工,适用于各种各样复杂的变更情况,真正地实现了动态监测的实时性和数值化,保证了土地利用现状调查的现时性.目前,国内土地动态监测系统还不完善,由此,把尖端的GPS技术应用于土地利用动态监测的大胆尝试,将大大加快动态监测的进程,为形成实时、高效的动态监测体系奠定基础.
测量观测墩设计图:“远望六号”测量船：抵达南太平洋执行观测任务
二、GPS定位技术在大地测量中的优点
近年来,GPS精密定位技术在我国得到广泛应用.在大地测量、工程测量与变形测量、资源勘察及地壳运动监测等许多方面都取得了良好效果和成功经验,充分地证明了GPS精密定位技术的论文范文性和巨大潜力.在21世纪,GPS导航与定位技术将会获得进一步的发展,应用将更为广泛,效益会更为显著,将为我国的经济建设、国防建设的发展和科学技术的进步发挥更大的作用.
GPS卫星定位技术与常规测量相比,具有以下优点：
1.GPS点之间不要求相互通视,对GPS网的几何图形也没有严格要求,从而使GPS点位的选择更为灵活,可以自由布设.
2.定位精度高.目前,采用载波相位进行相对定位,精度可达lxl0-6.
3．观测速度快.目前,利用静态定位方法,完成一条基线的相对定位所需要的观测时间,根据要求的精度不同,一般为1～3h.如果采用快速静态相对定位技术,观测时间可缩短至数分钟.
4.功能齐全.GPS测量可同时测定测点的平面位置和高程.采用实时动态测量还可进行施工放样.
5．操作简便.GPS测量的自动化程度很高,作业员在观测中只需安置和开启、关闭仪器、量取天线高度、监视仪器的工作状态及采集环境的气象数据,而其他（如捕获、跟踪）观测卫星和记录观测数据等一系列测量工作均由仪器自动完成.
6．全天候、全球性作业.由于GPS卫星有24颗分布合理,在地球上任何地点、任何时刻均可连续同步观测到4颗以上卫星,因此在任何地点、任何时间均可进行GPS测量.GPS测量一般不受天气状况的影响.
三、GPS卫星定位的基本原理
GPS卫星定位原理是空间距离交会法.根据测距原理,其定位方法主要有伪距法定位、载波相位测量定位和GPS差分定位.对于待定点位,根据其运动状态可分为静态定位和动态定位.
静态定位是指用GPS测定相对于地球不运动的点位.GPS接收机安置在该点上,接收数分钟乃至更长时间,以确定其三维坐标,又称为绝对定位.
动态定位是确定运动物体的三维坐标.
若将两台或两台以上GPS接收机分别安置在固定不变的待定点上,通过同步接收卫星信号,确定待测点之间的相对位置,称为相对定位.
GPS接收机接收的卫星信号有伪距观测值、载波相位观测值及卫星广播星历.利用伪距和载波相位均可进行静态定位.利用伪距定位精度较低.高精度定位常采用载波相位观测值的各种线性组合,即差分,以减弱卫星轨道误差、卫星钟差、接收机钟差、电离层和对流层延迟等误差影响.这样获得的两点间的坐标差即基线向量,其测量精度可达到±( Srrrrri+lxl0-6D),D为相邻点间距离,以km为单位.
四、GPS测量的作业模式
GPS测量的作业模式是指利用GPS定位技术确定观测站之间相对位置所采用的作业方式,它与GPS接收设备的硬件和软件密切相关.不同的作业模式,其作业方法、观测时间及应用范围亦不同.
今年来,由于GPS测量数据处理软件系统的发展,目前已有多种作业模式可供选择.作业模式主要有静态定位、快速静态定位、准动态定位及动态定位等.
(一)静态定位模式
静态定位模式是将GPS接收机安置在基线端点上,观测中保持固定不动,以便能通过重复观测取得足够多的观测数据,以提高定位的精度.这种作业模式一般是采用两套或两套以上GPS接收设备,分别安置在一条或数条基线的端点上,同步观测4颗以上卫星.可观测数个时段,每个时段长1～3h.静态定位一般采用载波相位观测量.静态定位模式所观测的基线边应构成某种闭合图形,这样有利于观测成果的验核,增加网的强度,提高成果的可靠性及平差后的精度.静态定位测量是当前GPS测量中精度最高的作业模式.
(二)快速静态定位模式
快速静态定位模式是在测区的中部选择一个基准站,并安置一台接收机,连续跟踪所有可见卫星：另一台接收机依次到各点流动设站,并且在每个流动站上静止观测数分钟,以快速解算法解算整周未知数.这种作业模式要求在观测中必须至少跟踪4颗卫星,而且流动站距基准站一般不少过15km.由于流动站的接收机在迁站过程中无须保持对所测卫星的连续跟踪,因而可以关闭电源以节约电能.这种作业模式观测速度快,精度也较高,流动站相对基准站的基线中误差可达±[ (5～10) mm+lxl0-6D],但由于直接观测边不够成闭合图形,所以缺少核验条件.因此,快速静态定位一般用于工程控制测量及其加密、地籍测量和碎部测量等.
(三)准动态定位模式
在测区选择一基准站,安置接收机连续跟踪所有可见卫星,另一台接收机为流动站的接收机.该作业模式在作业时必须至少有4颗以上的卫星可供观测.在观测过程中,流动的接收机对所测卫星信号不能失锁,如果发生失锁现象,应在失锁后的流动点上,将观测时间延长至数分钟.流动点与基准站距离不超过15km.准动态定位适用于开阔地区的控制点加密、路线测量、工程定位及碎部测量等.
(四)动态定位模式
先建立一个基准站,并在其上安置接收机连续跟踪观测所有可见卫星.另一台接收机安装在运动的载体上,在出发点静止观测数分钟,以便快速解算整周未知数.动态定位的观测速度快,并可实现载体的连续实时定位.运动点相对基准站的基线精度一般可达±[(10～20)mm+lxl0-6D],适用于测定运动目标的轨迹、路线中线测量、开阔地区的断面测量及航道测量.
五、GPS测量的实施
GPS测量按照其性质可分为外业和内业两部分.外业工作主要包括选点、野外观测工作及成果质量检核等,内业工作主要包括GPS测量的技术设计、测后数据处理及技术总结等.
(一)GPS测量的外业实施
GPS选点测量测站点之间不要求一定通视,而且网的图形选择也比较灵活,正由于GPS具有布点灵活、全天候、速度快、精度高等优点,才使GPS技术在国内各省市的城镇地籍控制测量中得以广泛应用.所以选点工作远较传统的控制测量选点工作简便.但考虑测量的特殊性,并顾及后续测量,选点时应着重考虑：1．每点最好与某一点通视,以便后续测量工作的使用；2．点周围高度角15.以上不要有障碍物,以免信号被遮挡或吸收；3．点位要远离大功率无线电发射源、高压电线等,以免电磁场对信号的干扰；4．点位应选在视野开阔、交通方便、有利扩展、易于保存的地方,以便观测和日后使用；5．选点结束后,按要求埋设标石,并填写点之记.
(二)GPS测量的内业实施
内业实施就是根据已知的起始数据和外业的观测成果、记录各种参数进行计算或绘制图象,提出科学的设计、规划方案.
初期的土地勘测定界主要使用常规测量仪器,它们存在观测范围小、测量精度低、测程短、受外界环境和人为因素影响较大等缺陷,同时外业工作量大、劳动强度高.随着GPS技术的出现,GPS技术己成为现代测绘技术的重要组成部分,同时也在土地勘测定界工作上的应用越来越广泛,它不仅能快速、高效地完成各项勘界工作,而且能够保证土地勘界成果的准确性和正确性.
参考文献：
何习平．测量技术基础,重庆：重庆大学出版社,2004.
冯晓,现代工程测量仪器应用手册.北京：人民交通出版社,2005．
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测量观测墩设计图引用文献:
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