浅谈GPS技术在河道测量中的运用

摘要：GPS技术作业自动化、集成化程度高,测绘功能强大，具有操作简便,容易使用,数据处理能力强等优点。目前在各种测量工程中，GPS测量技术得到越来越广的运用，本文结合GPS测量技术的优点，对GPS测量技术在河道测量中的运用做出了探讨。

关键词：GPS技术 河道测量运用

Abstract: GPS technology automate high degree of integration, powerful surveying and mapping, with easy to operate, easy to use, powerful data processing ability. In a variety of measurement engineering, GPS measurement technology more and more widely used, this paper, the advantages of the GPS measurement technology, and explore the GPS measurement techniques in the measurement of the river made​​.

Key words: GPS technology ,river measuring, use

中图分类号：P228.4文献标识码：A 文章编号：

全球定位系统(Global Positioning System,简称GPS)是美国从20世纪70年代开始研制的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统,历时20年,耗资200多亿美元,分3阶段研制,陆续投入使用,并于1994年全面建成。GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统,它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能,而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此,GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用,并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。

1、GPS定位原理

GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的。在待测点Q设置GPS接收机,在某一时刻同时接收到3颗(或3颗以上)卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和计算,可求得该时刻接收机天线中心(测站点)至卫星的距离ρ1、ρ2、ρ3。根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标(Xj,Yj,Zj),j=1,2,3,从而解算出Q点的三维坐标(X,Y,Z)。

1.1GPS测量的技术设计

GPS测量的技术设计主要依据1999年建设部的行业标准《城市测量规范》、1997年建设部的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》及工程测量合同有关要求制定。其设计精度根据工程需要和测区情况,选择城市或工程二级GPS网作为测区首级控制网。要求平均边长小于1km,最弱边相对中误差小于1/10000,GPS接收机标称精度的固定误差a≤15mm,比例误差系数b≤20×10-6。

1.2GPS技术的测量速度

GPS技术的测量速度主要由初始化所需时间决定,初始化所需时间又由GPS测量的技术差别(各种机型有不同的快速解算技术)、接收卫星的数量和质量、GPS技术数据链传输质量等因素决定,快速解算技术越先进,在一定的高度角下接收到的卫星数量越多、质量越好,GPS技术数据链传输质量越高,初始化所需时间就越短。在良好的环境条件下,GPS技术初始化所需时间一般为几十秒;不良环境条件下(尚满足GPS技术基本工作条件),技术先进的GPS技术也需要几分钟到十几分钟,其他机型GPS技术需要几十分钟甚至不能测量。如美国ASHTECH生产的Z-X双频GPS技术在良好的环境条件下,初始化所需时间为2～10秒,在不良环境条件下,仍能较顺利地进行GPS技术测量,主要是这种机型拥有先进的Z-X跟踪专利技术、快速GPS技术(INSTANT-GPS技术)和多路径消减专利技术。试验表明,即使测区内有一部分地方环境恶劣,其观测值点位中误差仍在±2.41cm以下。南方测绘的9800GPS技术的初始化时间小于60秒,一般为45秒,而最新的灵锐S80的初始化为15秒左右。所以对于测量要求而言,国产和进口的仪器差别并不是很明显。

1.3GPS技术测量成果的质量控制

研究表明,GPS技术确定整周模糊度的可靠性最高为95%,GPS技术质量控制的方法主要有:①已知点检核比较法。即在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点,然后用GPS技术测出这些控制点的坐标进行比较检核,发现问题即采取措施改正;②重测比较法。每次初始化成功后,先重测1～2个已测过的GPS技术点或高精度控制点,确认无误后才进行GPS技术测量;③电台变频实时检测法。在测区内建立2个以上基准站,每个基准站采用不同的频率发送改正数据,流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据从而得到2个以上解算结果,比较这些结果就可判断其质量高低。

以上方法中,最可靠的是已知点检核比较法,没有控制点的地方需要用重测比较法来检验测量成果。

2、GPS快速测量技术的特点

2.1观测时间短随着GPS测量技术的不断完善,软件的不断更新,在进行GPS测量时,静态相对定位每站仅需20min左右,动态相对定位仅需几秒钟。

2.2定位精度高,数据安全可靠,没有误差积累只要满足GPS技术的基本工作条件,在一定的作业半径范围内(一般为4km),GPS技术的平面精度和高程精度都能达到厘米级。

2.3降低了作业条件要求GPS技术不要求两点间满

足光学通视,只要求满足“电磁波通视”。因此,和传统测量相比,GPS技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小,在传统测量中由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区,只要满足GPS技术的基本工作条件,它就能轻松地进行快速的高精度定位作业。

GPS技术可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统,无需人工干预便可自动实现多种测绘功能,使辅助测量工作极大减少,减少人为误差,保证了作业精度。

3、GPS快速测量技术在河道测量中应用

3.1河道测量的目的

开展河道测量的目的是多方面的,满足河道行洪能力计算分析需要是开展河道测量的主要目的之一。河道测量数据是进行河道行洪能力分析的基础,相同断面不同年代的测量数据,是研究河道行洪能力变化的关键。

3.2GPS快速测量技术相对普通水准测量的优势

（1）定位精度高,数据安全可靠,

只要满足GPS技术的基本工作条件,在一定的作业半径范围内(一般为4km),GPS技术的平面精度和高程精度都能达到厘米级,其高程精度已可满足四等水准测量的要求,且没有积累误差,而普通水准测量存在误差积累,搬站越多误差越大,这在测量河道大断面时尤其突出。

（2）降低了作业条件要求

GPS技术不要求两点间满足光学通视,只要求满足“电磁波通视”。因此,和传统测量相比,GPS技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小,在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区,只要满足GPS技术的基本工作条件,它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。而普通水准测量受地形、地物影响的因素较多,影响也较大。

（3）简化作业程序提高作业效率

GPS技术可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统,无需人工干预便可自动实现多种测绘功能,使辅助测量工作极大减少,减少人为误差,保证了作业精度;普通水准测量则需要大量的人工操作。

提高水深测量效率和精度以往的河道水深测量多采用测绳定位,测竿施测的原始测法,故测量工作受环境的影响较大,精度难以保证,测量工作难度大,外业测量人员也很艰苦,且成图时间长。使用GPS技术后,这些困扰水上测量工作的问题就迎刃而解了,大大减少了测量人员的劳动强度,提高了工作效率,使工程变得更经济。

（4）提供三维坐标,

GPS能够实现河道断面的准确定位相同断面不同年代的测量数据,是研究河道行洪能力变化的关键,GPS技术能够精确测定测站点的三维坐标,从而实现对河道断面的准确定位,这就使相同断面的多次测量成为可能,这也是普通水准测量所欠缺的,所以GPS快速测量技术使得河道断面变化的研究能够进入量化阶段,满足了行洪能力分析的客观需要,这也是GPS快速测量技术在河道测量中优于普通水准测量的主要因素。

结束语

GPS快速测量技术在河道测量中具有定位精度高,数据安全可靠,没有误差积累,并能够实现河道断面的准确定位的优势,具有在各条河道测量工作中推广应用的价值。