试议GPS在大地控制测量中的应用

摘 要：介绍了多功能卫星导航定位服务系统（GPS）的现状和主要功能提出了GPS在测量中应用范围、特点及优越性。

关键词：全球定位系统GPS三维坐标控制测量大地测量GPSRTK；

中图分类号： P228.4 文献标识码： A 文章编号：

引言

GPS技术简介

全球定位系统（GPS）对我们的生活产生重大影响，在大地控制测量中的应用也十分广泛，GPS广泛的应用于国防、交通、资源勘测、休闲旅游、科学试验、水利工程等领域；GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。可以说GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立大地控制网。

归纳起来大致可以将GPS网分为两大类：一类是全球或全国性的高精度GPS网，这类GPS网中相邻点的距离在数千公里至上万公里，其主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研究地区性的板块运动或地壳形变规律等问题；另一类是区域性的GPS网，包括城市或矿区GPS网，GPS工程网等，这类网中的相邻点间的距离为几公里至几十公里，其主要任务是直接为国民经济建设服务。

1大地测量技术

作为大地测量的科研任务是研究地球的形状及其随时间的变化，因此建立全球覆盖的坐标系统一的高精度大地控制网是大地测量工作者多年来一直梦寐以求的。直到空间技术和射电天文技术高度发达，才得以建立跨洲际的全球大地网，但由于VLBI、SLR技术的设备昂贵且非常笨重，因此在全球也只有少数高精度大地点，直到GPS技术逐步完善的今天才使全球覆盖的高精度GPS网得以实现，从而建立起了高精度的（在1～2cm）全球统一的动态坐标框架，为大地测量的科学研究及相关地学研究打下了坚实的基础。作为我国高精度坐标框架的补充以及为满足国家建设的需要，在国家A级网的基础上建立了国家B级网（又称国家高精度GPS网）。布测工作从上世纪90年代开始，经过几年努力完成外业工作，内业计算已基本完成。全网基本均匀布点，覆盖全国，共布测730个点左右。

新布成的国家A、B级网已成为我国现代大地测量和基础测绘的基本框架，将在国民经济建设中发挥越来越重要的作用。国家A、B级网以其特有的高精度把我国传统天文大地网进行了全面改善和加强，从而克服了传统天文大地网的精度不均匀，系统误差较大等传统测量手段不可避免的缺点。通过求定A、B级GPS网与天文大地网之间的转换参数，建立起了地心参考框架和我国国家坐标的数学转换关系，从而使国家大地点的服务应用领域更宽广。利用A、B级GPS网的高精度三维大地坐标，并结合高精度水准联测，从而大大提高了确定我国大地水准面的精度，特别是克服我国西部大地水准面存在较大系统误差的缺陷。

2GPS定位服务系统现状及主要功能

2.1现状。

目前国内外较有影响的多功能卫星导航定位服务系统有美国的连续运行参考站网系统（CORS），此系统目前有137个基准站，基准站间的平均距离为100~200km，覆盖整个美国大陆。该系统将通过互联网向美国及全球用户提供基准站坐标和观测资料，服务方式原则上是公益性的；还有加拿大的主动控制网系统（ACS）、德国的卫星定位与导航服务计划、日本的GPS连续应变监测系统（COSMOS）以及俄罗斯接管的GLONASS卫星导航定位系统；我国的GPS卫星跟踪站和北斗一号、二号卫星组成的双星定位系统也已建成。

2.2主要功能。

建立动态的参考框架，从而使服务系统有可能取代常规大地测量法而成为建立和维持坐标框架的主要手段。事后精密定位服务，可使用户用1台GPS接收机获得测站的精确坐标。主要应用于大地测量、精密工程测量和地球动力学研究。定时定位服务可用于低等级控制测量、工程测量及大比例尺测图等。广域差分技术主要服务于地面车辆、船舶、飞机和中、小比例尺测图、资源调查、环境监测等。还有数据处理服务、监测电离层延迟和总电子含量、GPS气象监测和预报等功能。

3GPS在测量中的应用

3.1应用范围

在测绘领域中主要应用于大地控制测量、GIS数据采集和更新以及地形地籍测量；在工程测量领域，GPS高精度静态定位布设精密控制网用于城市和矿区地面沉降监测，河堤、大坝变形监测，高层建筑变形监测，隧道贯通测量等精密工程；GPS实时动态定位技术（简称RTK），快速建立小范围控制网，加密测图控制点，测绘大比例尺地形图和用于施工放样，同时对各种定位应用技术及误差的研究和高精度定位、定轨软件的开发应用，以及局域差分技术定位试验，均为当前GPS技术应用研究的几个方向。

3.2应用特点

3.2.1GPS卫星定位技术直接获取高精度的三维坐标，各点不存在逐点推算和误差积累，无需过度点，因而具有设计、布点和定位操作灵活、高精度、多用途等以及在降低劳动强度、高效自动化等方面有着常规测量无法比拟的优势。

3.2.2GPS空间大地测量对地理条件和作业条件要求较低，GPS点间的建立无需点间通视，使用双频机距离几乎不受限制，又与几何图形条件基本无关，对点、网形要求相对较弱，可保证坐标传递精确度。

3.2.3传统测量平面坐标和高程是2个彼此独立的系统。GPS测量同时给出平面和高程坐标，将平面控制和高程统一控制在三维空间坐标系中，还可进行可视化处理，因而工作效率高。

3.2.4GPS测量，由于电离层效应和对流层效应具有相似的属性，短边长的网观测精确度反而高些，使得高级网对低级网的控制作用减弱了；数据处理上，不再对一、二、三、四等网分别处理，GPS空间大地测量观测量是等权的，不受边长制约。

3.2.5采用高精度分析软件、精密星历、与国际跟踪站联测的办法进行解算、平差，可获得更高精度的成果。可以满足大地测量网改造和工程应用之急需，具有更优越条件和更广泛的应用前景。

4GPSRTK技术的应用

4.1RTK技术在建设用地勘测定界中的应用

建设用地中的土地勘测定界是实地确定土地使用界线范围，测定界桩位置，测量使用界线范围内各类土地面积并计算用地面积等的测绘技术工作，它为各级政府的国土资源部门审批土地、地籍管理提供依据和基础资料。建设用地勘测定界的工作程序为：审查用地文件及有关图件、现场踏勘、图上红线设计、实地放样、复核测量、面积量算、绘制建设用地界图、填绘建设用地管理图、资料整理、归档，经反复实地踏勘、图上设计、权属调查后制定放样数据。利用GPSRTK技术进行勘测定界放样，能避免解析法和关系距离法放样等放样方法的复杂性，同时也简化了建设用地勘测定界的工作程序，特别是对公路、铁路、河道、输电线路等线性工程和特大型工程的放样更为有效和实用。

RTK技术，是指以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，它是GPS定位发展到现在的最新技术，RTK实时处理能达到厘米级精度，完全满足建设用地界址点坐标对邻近图根点中误差及界址线与邻近地物或邻近界线的距离中误差不超过10厘米的精度要求。通过同时接收卫星信息与基准站发送的改正信息，经过解码，自动给出厘米级精度的定位数据，然后利用微机通过相关软件传送到电子手簿供实地勘测定界放样。利用RTK放样是坐标直接放样，并且建设用地勘测定界中的面积量算，实际上由相关软件中的面积计算功能利用坐标计算并检核。避免了常规的解析法的复杂性，简化了建设用地勘测定界的工作程序。

4.2GPS RTK应用于地籍细部测量

地籍细部测量是地籍调查不可分割的组成部分，目的是测定每宗土地的权属界址点、线、位置、形状、数量等。由地籍调查规程所知，在地籍平面控制测量基础上的地籍细部测量，对于城镇街坊界址点及街坊内明显的界址点间距允许误差为10cm，城镇街坊内部隐蔽界址点及村庄内部界址点间距允许误差为15cm。利用GPS RTK技术完全能满足上述精度要求，建议在适合布设GPS点的部分测区使用该项技术。对于影响GPS卫星信号接收的遮蔽地带使用全站仪、测距仪、经纬仪等测量工具，采用解析交会法、极坐标法、图解交会法等进行地籍勘测，这样有利于加快地籍细部测量进度。

4.3GPS RTK技术在土地利用动态监测中的应用前景

在土地利用动态监测中，也可利用RTK技术。传统的动态野外监测采用简易补测或平板仪补测法。如利用钢尺距离交会，直角坐标法等进行实测丈量，对于变化范围较大的地区采用全站仪、平板仪补测，这种方法速度慢，效率低。而利用RTK新技术进行动态监测则可提高监测的速度和精度，省时省工，真正实现实时动态监测，保证了土地利用状况调查的现实性。

结束语

GPS卫星定位技术的迅速发展，给测绘工作带来了革命性的变化，也对大地测量工作，特别是大地控制测量工作带来了巨大的影响。应用GPS进行大地控制测量，点与点之间不要求互相通视，这样避免了常规大地测量控制时，控制点点位选取的局限条件，并且布设成GPS网状结构对GPS网精度的影响也甚小。由于GPS技术具有布点灵活、全天候观测、观测及计算速度快、精度高等优点，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。利用GPS技术进行大地测量的控制，没有常规三角网（锁）布设时要求近似等边及精度估算偏低时应加测对角线或增设起始边等繁琐要求，只要使用的GPS仪器精度与等级控制精度匹配，控制点位的选取符合GPS点位选取要求，那么所布设的GPS网精度就完全能够满足大地测量规程要求。GPS定位技术正广泛应用于社会的各个领域，服务经济建设。GPS在大地控制测量中应用广泛，以上是我对GPS在大地控制测量中应用的理解，诸多不足，还请批评指正。

参考文献

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