大比例尺地形测图中GPS后处理动态测量技术的应用
时间：2020-12-13 08:01:46 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
(内蒙古自治区地质测绘院，内蒙古 呼和浩特 010020)
摘 要：文章简要介绍了Javad Legacy GPS接收机系统的组成及后处理动态测量技术的特点，结合矿区大比例尺地形测图的实践，对GPS后处理动态测量技术在大比例尺地形测图中的应用进行了探讨。
关键词：大比例尺地形测图；
GPS；
后处理动态测量；
初始化测量
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)05—0101—02
随着GPS接收机软、硬件技术的日益完善，GPS接收机除具备精度高、重量轻、体积小、功耗低、内存大、跟踪性能好、抗干扰能力强、自动化程度高、操作简单、高度集成等特点外，还具有静态、快速静态及动态测量（包括后处理动态和实时动态测量）的全部功能。这些功能丰富了野外测量的作业模式，在各类工程测量中得到了广泛应用。2003年3月，首次将3台套Javad Legacy双频GPS接收机投入到某金矿1∶1000比例尺地形测图中，利用该设备的后处理动态测量功能，快速、准确地测定图根点、地物地貌等碎部点、勘探工程点的坐标和高程；
同时，在阻挡卫星信号严重、观测卫星数少于5颗的区域，配合全站仪进行碎部点的采集。在内业，使用南方Cass5.0地形地籍成图软件在计算机上成图。由于这种方法无需测站点与被测碎部点之间的通视，测站点与被测碎部点之间的距离也可以很长（最长可达20km），作业人员少。因此，测图的效率要比仅使用常规方法有很大提高，经济效益也较为显著。
1 Javad Legacy 接收机系统简介
1．1 硬件部分
Javad Legacy接收机系统硬件主要由Legacy接收机、Legant天线、MP2500控制手簿、外接电源、连接电缆等组成。该仪器轻巧、坚固、防水，整套设备全部可以装在一个仪器软包中。
1.2 软件部分
Javad Legacy接收机系统的配套软件为PC—CDU和Pinnacle。PC—CDU 用于接收机设置和GPS观测数据下载；
Pinnacle用于静态、快速静态、后处理动态（停行动态和连续动态）数据的基线处理以及网平差计算。该软件运行环境为Windows95、Windows98、Windows2000或WindowsNT操作系统。
2 GPS后处理动态测量的特点
GPS后处理动态测量系统主要由GPS接收机、天线、控制显示单元以及支持后处理动态测量的软件所组成。具体做法是：在测区选择一个基准点，安置接收机连续跟踪所有可见卫星；
另一台或几台接收机先在任一开阔地带观测数分钟进行初始化测量，在保持对所测卫星连续跟踪而不失锁的情况下，移动接收机到所测点上观测数秒钟。这种方法的特点是：在观测时段上必须有至少5颗卫星可供观测；
流动点至基准点的距离不能超过20km；
观测过程中流动接收机所测卫星信号不能失锁，否则应在失锁的流动点上延长观测1～2min或静态观测数分钟重新进行初始化测量工作。
3 GPS后处理动态测量在矿区1∶1 000比例尺地形测图中的应用
3.1 测区概况
测区位于内蒙西部干旱的戈壁荒漠区，人烟稀少，气候恶劣，交通极不发达，海拔高度在1200～1 305m之间，平均高度为1 260m，属于低山、丘陵地貌。测区面积2.5km2,属于新发现的小型金矿。在测区以北约5km和测区以南约7km处各有1个国家三等点可供使用。
3.2 作业方法和过程
3.2.1 静态控制测量。采用静态测量模式，按附合路线形式在测区内布设2个四等点，观测数据经Pinnacle软件的基线处理和平差计算，其点位精度达到毫米级。在已知点间组成的附合高程导线的高程闭合差为6.2cm，小于规范允许限差±20mm，用全站仪对G1、G2两点间高差进行检核，与GPS测定的高差之差为1.9cm，小于规范允许限差±20mm。平差后2个四等点的平面、高程精度统计结果见表1。
3.2.2 后处理动态测量前接收机参数的设置。在作业前，需利用PC—CDU软件将三台接收机的串口波特率由115 200设为9 600（控制手簿只能以此波特率与接收机进行连接），数据采样率由15s设为2s（采样率过大，流动站接收机的观测时间增加；
采样率过小，接收机记录观测数据所占用的内存空间增大），卫星截止高度角设为15°。如果忘记在内业用PC—CDU软件对接收机参数进行设置，则可用以下方法补救：接收机开机后按住FN键不松开，等到记录指示灯变为红色，再松开FN键，这时，接收机的串口波特率就变为9 600，而数据采样率与卫星截止高度角可用控制手簿设置。同时，用控制手簿将流动接收机的观测时间设定为0.2min，跟踪卫星最少数设为5，PDOP值设为6。
3.2.3 后处理动态测量作业
①图根点测量。将两台接收机分别安置于控制点G1、G2上作为双基准站，第三台接收机安置于测区内某一开阔地方静态观测10min进行初始化测量，初始化测量工作完成后移动接收机依次到测区内选好的图根点上进行流动作业（作业时要求安置GPS天线的对中杆用支架竖立垂直），每点仅需观测 0.2min，由控制手簿自动完成。采集数据经Pinnacle软件的停行动态基线处理和平差计算，其点位精度均达到厘米级（最大点位中误差：x方向为3.1cm，y方向为2.7cm，高程为4.4cm）。我们用全站仪对部分图根点进行了检核，检核结果与GPS测定结果比较，其最大差值为：x方向2.0cm，y方向2.9cm，高程3.7cm，全部比较结果见表2。
这里需要指出，本测区内共布设图根点57个，其目的仅仅是为后续勘探工程提供必要的平面和高程控制，而非测图所必需。因此，测区内图根点的数量远少于规范所规定的数量。②碎部点和勘探工程点测量。以一台GPS安置于测区内的图根上作为基准站，另两台分别置于任意开阔地带观测5min进行初始化测量，完成初始化测量后移动接收机到地物、地貌等碎部点和勘探工程点上进行流动作业，每点仅需观测0.2min，由控制手簿自动完成。每天的观测数据经Pinnacle软件处理后，将计算结果保存起来，调入Excel软件，将数据格式转换为“点号，东坐标，北坐标，高程”形式，保存到硬盘，以便使用Cass5.0软件绘制地形图。
在应用后处理动态测量方法的同时，对沟谷较深、山体较高的地段，使用全站仪采集碎部点坐标，从而避免了这些地方因卫星信号阻挡厉害、多路径效应严重而无法使用GPS的情况。
在外业工作结束后，用全站仪对全部勘探工程点进行了检查，检查结果与GPS测量结果比较，最大误差（误差较大是由于安置GPS天线的对中杆用手竖立不直所致）为：x方向5.2cm，y方向4.7cm，高程6.9cm，完全满足规范要求。
4 应用GPS后处理动态测量技术需注意的几个问题
4.1 接收机参数的设置
应用GPS后处理动态测量技术要求基准站接收机与流动站接收机具有相同的采样率和卫星截止高度角。因此，在实施后处理动态测量前，需对所有投入使用的接收机的采样率、卫星截止高度角进行设置。同时，考虑到接收机内存的大小和流动接收机观测时间的长短，需将采样率设置为适宜的数值。若接收机内存为16M以上，可将采样率设为1s，流动接收机观测时间可定为0.1min（控制手簿所能设定的最小值），此时，接收机可记录约7h以上的观测数据；
若接收机内存为8M，可将采样率设为2s，流动接收机观测时间可定为0.2min，此时，接收机同样可记录约7h的观测数据。
4.2 基准站的选取
基准站卫星信号接收状况的好坏，将直接影响GPS后处理动态测量的成败和内业解算的精度。因此，基准站应选在地势较高、视野开阔的地方，并尽可能避开大功率无线电发射源以及强烈反射卫星信号的物体。
4.3 初始化测量时间的选定
初始化测量时间的长短，将直接影响确定载波相位观测值整周模糊度的精度。因此，正确选定初始化测量时间是后处理动态测量成败的关键。在一般情况下，对于双频接收机而言，当初始化测量基线长在2km以内时，初始化测量时间应为2～10min；
当初始化测量基线长为2～10km时，初始化测量时间应为10～30min；
当初始化测量基线长为10～20km时，初始化测量时间应为30～60min。
4.4 与常规仪器配合使用
在流动接收机接收卫星信号较差、所能观测的卫星数少于5颗的地段，要配合常规仪器如全站仪采集碎部点，以避免由于GPS后处理动态测量失败而造成不必要的返工，而且，GPS与常规仪器联合作业，可以优势互补，大大提高测图效率。
5 结束语
①在大比例尺地形测图中应用GPS后处理动态测量方法可以快速、准确地测定图根点、碎部点的坐标和高程。与传统的测图方法相比，不仅人员少，费用省，效率高，而且流动点至基准点的距离可以很长（不能超过20km），也不要求流动点与基准点之间通视，因而所需图根点的数量可以不受规范严格限制，可多可少；
②GPS后处理动态测量方法虽不如GPS实时动态（RTK）测量方法能实时计算并显示出测点的三维坐标极其精度，进而缩短观测时间，但它的设备投资远低于GPS RTK系统。因此，GPS后处理动态测量技术在一般单位更容易普及和推广；
③GPS与全站仪联合作业，用于低山、丘陵区大比例尺地形测图，可以优势互补，大大提高外业测图的工作效率，进而达到缩短工期，节约成本的目的。
［参考文献］
［1］ GB/T 18341—2001，地质矿产勘查测量规范［S］.
［2］ 徐绍铨，张华海，杨志强，等．GPS测量原理及应用［M］．武汉：武汉测绘科技大学出版社，1998.
［3］ 刘基余，李征航，王跃虎，等．全球定位系统原理及其应用［M］．北京：测绘出版社，1993.
