山地城市的GPS地形測量技術(shù)分析與探討論文
摘 要：GPS地形測量技術(shù)具有測量精度高、測量速度快、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在我國地形測量工程中應用廣泛，特別是地勢高低起伏較大、灌木叢生的山地城市。但是GPS測量精度受觀(guān)測衛星、觀(guān)測時(shí)間、操作水平等因素的影響比較大，如果操作控制不好就可能產(chǎn)生很大的測量誤差。結合山地城市的主要特點(diǎn)，深入分析和研究了山地城市GPS地形測量中每一個(gè)技術(shù)流程的操作要點(diǎn)和注意事項，對于提高山地城市的地形測量精度具有一定的現實(shí)意義。
關(guān)鍵詞：山地城市；GPS技術(shù)；地形測量
1.引言
隨著(zhù)經(jīng)濟總量的發(fā)展和人口數量的激增，我國城市的數量和規模正在不斷擴大，但是由于受到地形地貌條件的限制，不少城市建筑便修建在了地勢高低起伏較大的山坡、丘陵之上，這就是所謂的山地城市。我國的山地城市有重慶、攀枝花、香港等，這些城市的建筑錯落有致、立體感突出，將整座城市點(diǎn)綴的非常漂亮。但是山地城市的地形地貌條件復雜，地勢高低起伏變化較大，而且有些測區內森林茂密、灌木叢生，這就給其地形測量帶來(lái)了極大的困難。目前我國比較常用的地形測量技術(shù)和手段主要有經(jīng)緯儀、全站儀、測距儀以及GPS技術(shù)等，其中GPS技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型的測量方法，它可以同時(shí)提供平面和高程三維位置信息，具有測量精度高、測量速度快、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，因此GPS技術(shù)目前在山地城市的地形測量中應用廣泛。但是由于GPS技術(shù)受觀(guān)測衛星、觀(guān)測時(shí)間、操作水平等因素的影響比較大，如果操作控制不好就可能產(chǎn)生很大的測量誤差，因此為了有效提高測量結果的精度，必須依據山地城市的特點(diǎn)，研究GPS測量技術(shù)的優(yōu)化措施。
2.山地城市GPS地形測量的技術(shù)優(yōu)化探討
山地城市的地形測量就是通過(guò)對測區測點(diǎn)高程、距離、角度等信息的量測，繪制城市的地形測量圖，為城市中的各種工程提供不同比例尺的地形圖，以滿(mǎn)足其城鎮規劃和各種經(jīng)濟建設的需要。山地城市的GPS地形測量技術(shù)主要包括控制網(wǎng)的布設、外業(yè)觀(guān)測、數據處理與校核等技術(shù)流程，為了提高山地城市的地形測量精度，在GPS地形測量過(guò)程中要注意控制或消除每一個(gè)操作過(guò)程的可能影響測量精度的因素，下面將分別進(jìn)行介紹。
2.1 GPS控制網(wǎng)的網(wǎng)形設計與布設
目前在地形測量中GPS控制網(wǎng)的布設形式主要有三種，即跟蹤站式、會(huì )站式和同步圖形擴展式，其中跟蹤站式是將數臺GPS接收機長(cháng)期固定在不同測站上，進(jìn)行不間斷連續觀(guān)測，這種布設形式觀(guān)測時(shí)間長(cháng)，能夠處理的數據量大，觀(guān)測精度高，框架基準特性好，但是多余觀(guān)測比較多，觀(guān)測成本也比較高，因此多用于A(yíng)A級網(wǎng)；會(huì )站式控制網(wǎng)是指將多臺GPS接收機在同一批點(diǎn)上多天長(cháng)時(shí)間同步觀(guān)測，然后再遷移到另外一批點(diǎn)上進(jìn)行同樣觀(guān)測，直至全部觀(guān)測完成。這種布設形式的觀(guān)測精度比較高，多用于A(yíng)、B級網(wǎng)；同步圖形擴展式就是指 GPS網(wǎng)以同步圖形的形式連接擴展，構成具有一定數量獨立環(huán)的布網(wǎng)形式，不同的同步圖形間有若干公共點(diǎn)連接，這種布設形式具有測量速度快、測量方法簡(jiǎn)單、圖形強度好等優(yōu)點(diǎn)，是主要的GPS控制網(wǎng)布設形式，目前在山地城市的地形測量中應用廣泛，按照布設形狀的不同又可以分為點(diǎn)連式、邊連式、網(wǎng)連式以及混連式。
2.2 GPS控制網(wǎng)的外業(yè)觀(guān)測
GPS控制網(wǎng)的外業(yè)觀(guān)測主要包括測區的踏勘選點(diǎn)、儀器設備的準備與安裝以及實(shí)測數據的讀取等步驟。
一、測區的踏勘選點(diǎn)
由于GPS技術(shù)的信號強度受障礙物的影響比較嚴重，因此對于山地城市測區的踏勘選點(diǎn)，除了要考慮交通、地面基礎條件等因素外，還要注意點(diǎn)位周?chē)?15?以上天空障礙物情況，避免周?chē)袕娏曳瓷錈o(wú)線(xiàn)電信號的物體以及無(wú)線(xiàn)電發(fā)射源，如玻璃幕墻、水面、大型建筑、電臺、發(fā)射塔、離高壓線(xiàn)、變電所等。
二、儀器設備的安裝
在山地城市的GPS地形測量中，儀器設備的檢驗與安裝特別重要，其中天線(xiàn)是發(fā)射信號的樞紐，因此要特別注意天線(xiàn)的安裝。一般來(lái)說(shuō)天線(xiàn)應該用三角架或強制對中裝置直接安裝在標石中心垂直上方，對中誤差要小于3mm，特殊情況下進(jìn)行偏心觀(guān)測，需要精確測定歸心元素；天線(xiàn)的指北定向誤差要小于3?～5?，以消除相位中心偏差；天線(xiàn)的安裝高度不能小于1.5m，一般取三個(gè)不同方向上量高的平均值作為天線(xiàn)高。在檢查接收機和主機連接無(wú)誤后，就可以進(jìn)行開(kāi)機測量，進(jìn)行現場(chǎng)數據的觀(guān)測和讀取
三、現場(chǎng)觀(guān)測作業(yè)
測量?jì)x器開(kāi)機以后就要進(jìn)行GPS的作業(yè)模式的選擇，GPS的作業(yè)模式一般有靜態(tài)相對定位、快速靜態(tài)定位、準動(dòng)態(tài)定位、動(dòng)態(tài)定位以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位五種模式，根據測量精度要求的不同，山地城市的地形測量主要采用靜態(tài)相對定位、快速靜態(tài)定位和準動(dòng)態(tài)定位。
GPS的作業(yè)模式選擇之后就是常規的觀(guān)測作業(yè)，在觀(guān)測過(guò)程中觀(guān)測人員一定要嚴格按照調度指令，按照規定的時(shí)間進(jìn)行作業(yè)，保證有效觀(guān)測衛星的個(gè)數不小于4顆，而且觀(guān)測時(shí)段要大于60分鐘；測量過(guò)程中觀(guān)測人員要及時(shí)嚴格的填寫(xiě)測量手��；從開(kāi)始測量到測量過(guò)程中，測量人員都不能離開(kāi)測站，并且要隨時(shí)檢查接收衛星的狀態(tài)和測量信息，注意避免接收機被碰撞、信號被遮擋應該或是電子手薄和主機直接被太陽(yáng)照射等；測量的一個(gè)時(shí)段開(kāi)始和結束時(shí)，測量人員要記錄觀(guān)測衛星號、天氣以及精度因子PDOP值（一般要小于6）等數據；同時(shí)還要注意觀(guān)測過(guò)程中，50米內不準使用電臺，10米內不準使用對講機，減小干擾信號對測量精度的影響。
2.3 GPS地形測量的數據處理與校核
一個(gè)測量日結束以后就需要測量人員進(jìn)行測量數據的室內處理與校核。測量數據一般是借助計算機對其進(jìn)行基線(xiàn)向量的處理，通過(guò)基線(xiàn)向量指標的解算情況，實(shí)現外業(yè)數據的質(zhì)量檢驗。對于山地城市的GPS地形測量來(lái)說(shuō)，經(jīng)常會(huì )發(fā)生因為點(diǎn)位選擇不當，而導致觀(guān)測數據閉合差過(guò)大。因此為了提高基線(xiàn)向量的解算精度，往往需要增大高度截止角、改變歷元間隔或是剔除個(gè)別含有粗差的基線(xiàn)。其中增大高度截止角可以降低相應噪聲，繼而提高整周未知數的求解精度；改變歷元間隔則是通過(guò)降低基準信號和衛星信號混頻產(chǎn)生的差頻信號，來(lái)提高基線(xiàn)向量的解算精度，但是改變歷元間隔以后，觀(guān)測時(shí)間就相對延長(cháng)；剔除個(gè)別含有粗差的基線(xiàn)就是去除個(gè)別不合理數據，然后進(jìn)行重測再處理，這種方法雖然簡(jiǎn)單有效但是也耗時(shí)耗力。
3.結束語(yǔ)
山地城市的GPS地下測量是一個(gè)系統復雜的工程，采用GPS技術(shù)控制網(wǎng)的布設靈活方便，可以減少砍伐樹(shù)木等繁瑣作業(yè)，提高測量效率，但是需要測量人員在熟悉了解測區的地形地貌的情況下，科學(xué)合理的踏勘選點(diǎn)，合理選擇觀(guān)測時(shí)間等。因此要提高山地城市的GPS地形測量精度需要測量人員除了要具備扎實(shí)的理論基礎以外，還要具備一點(diǎn)的吃苦耐勞精神，認真仔細的完成每一項測量流程。
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