GPS在地籍平面控制测量中的应用
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摘要：GPS定位技术由于其精度高、速度快，节省费用等优点而被广泛的应用于地籍控制测量中，它是全球性的导航和卫星定位系统，包括三个部分：空间卫星、地面监控站和用户接收机，可以提供实时的连续位置、时间和速度信息。文章对GPS地籍控制测量的实施和载波相位差分动态定位(RTK)及其应用进行了阐述。
关键词：GPS；地籍平面控制测量；RTK
中图分类号：P271 文献标识码：A 文章编号：1009-2374(2011)12-0036-02
伪距和载波相位是GPS测量有两种基本的观测量。伪距是指接收机利用相关分析原理来测定调制码由卫星传播至接收机的时间，再乘以电磁波传播的速度便得到要测定的距离。而在这个测定的过程中受到大气这样介质的影响和接收机与卫星时钟不同步的影响，所以这个距离不是几何距离，故称伪距。
相对伪距测量而言，载波相位测量具有一定的优势，它是把接收到的卫星信号和接收机本身的信号混频，从而得到拍频的信号，进而进行相位差测量。由于相位差测量装置只可以测量载波长的小数部分，也就是波长整数未知的伪距，所以测量的精度相对高一点。
一、GPS地籍控制测量的实施
与常规地面控制测量类似，GPS地籍控制测量也分技术设计、外业实施及内业数据处理三个阶段。
(一)GPS网技术设计依据
国家测绘行业管理部门制定的技术法规，即GPS测量规范(规程)和测量任务书是GPS网技术设计的主要依据。目前常用的GPS网设计依据的规范(规程)有：《全球定位系统(GPS)测量规范》，这是2001年国家测绘局发布的测绘行业标准；《全球定位系统城市测量技术规程》，这是1998年建设部发布的行业标准。在结合这些规范的同时，具体在GPS网技术设计时，根据测量任务提出GPS网的精度、密度和经济指标，进而开始现场踏勘，具体确定各点间的连接方法，各点设站观测的次数、时段长短等布网观测方案。
(二)GPS网测量精度标准及分级
用于城镇地籍测量的CPS控制网的精度设计主要取决于网的用途。参照(全球定位系统城市测量技术规程)中的相关规定见表1，可以确定测量控制网等级、布设规格和精度。
(三)GPS测量的外业实施
外业准备、外业观测和成果整理是GPS测量外业实施的三个阶段和主要内容。
1、外业准备。技术设计和选点埋石是在外业准备阶段的主要工作，在进行技术设计的时候需要根据相应的规范、测量任务和范围以及精度要求开展，根据测区的资料状况、坐标系统并结合GPS技术的特点进行实地的勘察设计，进而对GPS网布设方案优化。在技术设计时要先确定接收机的台数、设站的次数和观测的时间段以及同步图形的连接方式，根据作业日期的卫星状图表来制订作业进程安排计划。虽然通视在GPS网各点之间不要求，但是考虑一下一级测量对通视的要求还是有必要的。GPS点的点位选在交通方便、视野开阔且可以避开高压电线以及变电站和电视台等设施的地方，另外附近最好不要有大面的水域或者是干扰卫星信号的物体，这样就可以大大的减弱多路径效应的影响。点位最好和测区原有的已知点重合，否则就要联测3个已知点。如果所选点需要进行水准联测的时候，选点人员要根据实地踏勘水准路线来提出有关建议。
2、外业观测。用GPS接收机获取GPS卫星信号就是GPS外业观测，这主要包括天线设置、接收机操作和测站记簿等。GPS操作的自动化程度还是很高的，一般只需要几个功能键就可进行测量。
3、成果整理。外业成果整理包括应用随机软件进行GPS基线向量的解算，计算同步环闭合差、非同步多边形闭合差及重复边的较差，检查它们是否超过规定的限差，如超限，应分析其原因，然后进行重测或补测。
4、GPS控制网平差。将外业计算获得的基线向量，即在WGS-84坐标系中的三维坐标差，作为观测数据，组成基线向量网进行GPS控制网平差。一般首先在WGS-84坐标系中进行三维无约束平差，然后考虑坐标转换问题，在网中加入地面已知点的坐标进行三维或二维的约束平差，以将各点坐标转换为实用坐标系的坐标。
二、载波相位差分动态定位(RTK)及其应用
近几年，载波相位差分技术的推出，简称RTK(Real Time Kinematic)实时动态定位技术，不仅可以实时提供测点(用户站)在指定坐标系的三维坐标成果，还可以测程在20km以内可达到厘米级精度。
一般来讲，静态测量需要两台甚至两台以上接收机同步观测，记录的数据还需要用软件进行事后的处理，可得两测站间精密的WGS-84基线向量，然后经平差、坐标转换等工作，从而最终得到未知点的坐标，由于现场无法直接的得到坐标的结构，所以不具备实时性，因此，静态测量型GPS仪器应用于具体的测绘工程是比较困难的。
差分GPS(DGPS)是近几年内出现的新技术，包括RTD和RTK两种。其中RTD称实时伪距差分或平滑伪距差分。在该差分系统中，GPS基准站只传送伪距校正值及其变化率，RTD定位能达到米级精度。RTK称实时动态载波相位差分，在两台静态型测量仪器间加上一套无线电数据通讯系统(也称数据链)，将相对独立的GPS信号接收系统连成一个有机整体。基准站把接收到的所有卫星信息(包括伪距和载波相位观测值)和基准站的一些信息(如基准站的坐标、天线高等)都通过通讯系统传送到流动站，流动站本身在接收卫星数据的同时，也接收基准站传送的卫星数据，在流动站完成初始化后，把接收到的基准站信息传到控制器内(一般是微型计算机)，将基准站的载波观测信号与本身接收到的载波观测信号进行差分处理，即可实时求得两站间的基线值，同时输入相应的坐标转换参数(一般要通过重合点的两套坐标，由RTK软件实时求解)，即可实时求得未知点的实用坐标。因此要求GPS接收机要具备很强的运算能力。
三、结语
由上述可知，GPS技术精度高且便捷，在地籍平面控制测量中大大提高了工作效率，作为新兴技术的RTK，也日渐受到人们的青睐，使GPS技术真正应用于动态测量场合，具备了与常规仪器抗衡的实力，应用前景广阔，若在陆地、海洋、空中的导航、定位、交通管理等方面应用将会作出更大贡献。
(责任编辑：周加转)
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