山地城市的GPS地形测量技术分析与探讨

摘　要：GPS地形测量技术具有测量精度高、测量速度快、操作方便等优点，在我国地形测量工程中应用广泛，特别是地势高低起伏较大、灌木丛生的山地城市。但是GPS测量精度受观测卫星、观测时间、操作水平等因素的影响比较大，如果操作控制不好就可能产生很大的测量误差。结合山地城市的主要特点，深入分析和研究了山地城市GPS地形测量中每一个技术流程的操作要点和注意事项，对于提高山地城市的地形测量精度具有一定的现实意义。

关键词：山地城市；GPS技术；地形测量
1.引言
　　随着经济总量的发展和人口数量的激增，我国城市的数量和规模正在不断扩大，但是由于受到地形地貌条件的限制，不少城市建筑便修建在了地势高低起伏较大的山坡、丘陵之上，这就是所谓的山地城市。我国的山地城市有重庆、攀枝花、香港等，这些城市的建筑错落有致、立体感突出，将整座城市点缀的非常漂亮。但是山地城市的地形地貌条件复杂，地势高低起伏变化较大，而且有些测区内森林茂密、灌木丛生，这就给其地形测量带来了极大的困难。目前我国比较常用的地形测量技术和手段主要有经纬仪、全站仪、测距仪以及GPS技术等，其中GPS技术是近年来发展起来的一种新型的测量方法，它可以同时提供平面和高程三维位置信息，具有测量精度高、测量速度快、操作方便等优点，因此GPS技术目前在山地城市的地形测量中应用广泛。但是由于GPS技术受观测卫星、观测时间、操作水平等因素的影响比较大，如果操作控制不好就可能产生很大的测量误差，因此为了有效提高测量结果的精度，必须依据山地城市的特点，研究GPS测量技术的优化措施。
2.山地城市GPS地形测量的技术优化探讨
　　山地城市的地形测量就是通过对测区测点高程、距离、角度等信息的量测，绘制城市的地形测量图，为城市中的各种工程提供不同比例尺的地形图，以满足其城镇规划和各种经济建设的需要。山地城市的GPS地形测量技术主要包括控制网的布设、外业观测、数据处理与校核等技术流程，为了提高山地城市的地形测量精度，在GPS地形测量过程中要注意控制或消除每一个操作过程的可能影响测量精度的因素，下面将分别进行介绍。
　　2.1 GPS控制网的网形设计与布设
　　目前在地形测量中GPS控制网的布设形式主要有三种，即跟踪站式、会站式和同步图形扩展式，其中跟踪站式是将数台GPS接收机长期固定在不同测站上，进行不间断连续观测，这种布设形式观测时间长，能够处理的数据量大，观测精度高，框架基准特性好，但是多余观测比较多，观测成本也比较高，因此多用于AA级网；会站式控制网是指将多台GPS接收机在同一批点上多天长时间同步观测，然后再迁移到另外一批点上进行同样观测，直至全部观测完成。这种布设形式的观测精度比较高，多用于A、B级网；同步图形扩展式就是指 GPS网以同步图形的形式连接扩展，构成具有一定数量独立环的布网形式，不同的同步图形间有若干公共点连接，这种布设形式具有测量速度快、测量方法简单、图形强度好等优点，是主要的GPS控制网布设形式，目前在山地城市的地形测量中应用广泛，按照布设形状的不同又可以分为点连式、边连式、网连式以及混连式。
　　2.2 GPS控制网的外业观测
　　GPS控制网的外业观测主要包括测区的踏勘选点、仪器设备的准备与安装以及实测数据的读取等步骤。
　　一、测区的踏勘选点
　　  由于GPS技术的信号强度受障碍物的影响比较严重，因此对于山地城市测区的踏勘选点，除了要考虑交通、地面基础条件等因素外，还要注意点位周围+15?以上天空障碍物情况，避免周围有强烈反射无线电信号的物体以及无线电发射源，如玻璃幕墙、水面、大型建筑、电台、发射塔、离高压线、变电所等。
　　二、仪器设备的安装
　　在山地城市的GPS地形测量中，仪器设备的检验与安装特别重要，其中天线是发射信号的枢纽，因此要特别注意天线的安装。一般来说天线应该用三角架或强制对中装置直接安装在标石中心垂直上方，对中误差要小于3mm，特殊情况下进行偏心观测，需要精确测定归心元素；天线的指北定向误差要小于3?～5?，以消除相位中心偏差；天线的安装高度不能小于1.5m，一般取三个不同方向上量高的平均值作为天线高。在检查接收机和主机连接无误后，就可以进行开机测量，进行现场数据的观测和读取
　　三、现场观测作业
　　测量仪器开机以后就要进行GPS的作业模式的选择，GPS的作业模式一般有静态相对定位、快速静态定位、准动态定位、动态定位以及实时动态定位五种模式，根据测量精度要求的不同，山地城市的地形测量主要采用静态相对定位、快速静态定位和准动态定位。
　　GPS的作业模式选择之后就是常规的观测作业，在观测过程中观测人员一定要严格按照调度指令，按照规定的时间进行作业，保证有效观测卫星的个数不小于4颗，而且观测时段要大于60分钟；测量过程中观测人员要及时严格的填写测量手薄；从开始测量到测量过程中，测量人员都不能离开测站，并且要随时检查接收卫星的状态和测量信息，注意避免接收机被碰撞、信号被遮挡应该或是电子手薄和主机直接被太阳照射等；测量的一个时段开始和结束时，测量人员要记录观测卫星号、天气以及精度因子PDOP值（一般要小于6）等数据；同时还要注意观测过程中，50米内不准使用电台，10米内不准使用对讲机，减小干扰信号对测量精度的影响。
　　2.3 GPS地形测量的数据处理与校核
　　一个测量日结束以后就需要测量人员进行测量数据的室内处理与校核。测量数据一般是借助计算机对其进行基线向量的处理，通过基线向量指标的解算情况，实现外业数据的质量检验。对于山地城市的GPS地形测量来说，经常会发生因为点位选择不当，而导致观测数据闭合差过大。因此为了提高基线向量的解算精度，往往需要增大高度截止角、改变历元间隔或是剔除个别含有粗差的基线。其中增大高度截止角可以降低相应噪声，继而提高整周未知数的求解精度；改变历元间隔则是通过降低基准信号和卫星信号混频产生的差频信号，来提高基线向量的解算精度，但是改变历元间隔以后，观测时间就相对延长；剔除个别含有粗差的基线就是去除个别不合理数据，然后进行重测再处理，这种方法虽然简单有效但是也耗时耗力。
3.结束语
　　山地城市的GPS地下测量是一个系统复杂的工程，采用GPS技术控制网的布设灵活方便，可以减少砍伐树木等繁琐作业，提高测量效率，但是需要测量人员在熟悉了解测区的地形地貌的情况下，科学合理的踏勘选点，合理选择观测时间等。因此要提高山地城市的GPS地形测量精度需要测量人员除了要具备扎实的理论基础以外，还要具备一点的吃苦耐劳精神，认真仔细的完成每一项测量流程。
参考文献
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