关于大地测量技术的探讨分析

关于大地测量技术的探讨分析

高永鸿

高永鸿

伊犁花城勘测设计研究有限责任公司新疆伊犁835000

摘要：当前测量技术广泛应用在建设和管理方面。伴随随着社会经济的发展，测量技术也会相应的随着提高，同时人们的生活水平也会随着测量技术的发展得到改善。而空间及卫星定位技术的迅猛增长，大地测量技术尤其是空间大地测量技术也得到了相应的发展。本文首先阐述了GPS测量技术工作原理，对GPS测量技术与大地测量技术的应用进行了探讨分析，以供参考。

关键词：测量技术；空间大地测量

大地测量是指测定以地球椭球面为参考的地面点的位置，是指测定地球椭球的大小；研究地球形状，是指研究大地水准面的形状；测定地面点的几何位置。将地面点沿法线方向投影于地球椭球面上，用投影点在椭球面上的大地纬度和大地经度表示该点的水平位置，用地面点至投影点的法线距离表示该点的大地高程。这点的几何位置也可以用一个以地球质心为原点的空间直角坐标系中的三维坐标来表示。大地测量学具有测绘学科的基础学科性质，工程测量学是测绘学科在国民经济和国防建设中的直接应用。大地测量学与工程学科就是这两个二级学科的基础理论和实际应用的相互结合与交融。

一、GPS测量技术工作原理

在GPS测量中，卫星主要被作为位置已知的空间观测目标.从而形成了不需要地面点的后方交会.每台接收机都是一个独立的控制点.经过接受到的数据解算出点的经纬坐标（WGS一84）.在多台接收机同时接收数据便形成了很多三角网形参与平差解算。自由网无约束平差解算出WGS一84坐标.然后把己知的控制点进行约束平差得到BJ一54坐标。考虑到测区的实际情况.选多于4台GPS接收机为一套设备，以两台仪器为一组.成对布设CPS点。在组成良好网形的前提下.每一对GPS点必须通视良好.其间距一般500米左右。以便于以后作为全站仪导线点的起始点。GPS联测和高等级导线采用软件平差解算。在做较长距离导线时就会产生投影变形.投影变形处理与否将直接影响整个控制网精度是否达到要求。

二、GPS测量技术与大地测量技术的应用

GPS测量方法相对于经典测量学说，GPS定位技术具有观测点之间无需通视、定位精度高、观测时间短、提供三维坐标、操作简便以及全天候作业等主要特点。使其可以更好应用于下列实际工作中：

1、绘制大比例尺地形图。公路选线多是在大比例尺（1∶1000或1∶2000）带状地形图上进行。用传统方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。这种方法工作量大，速度慢，花费时间长。用实时GPS动态测量可以完全克服这个缺点，只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟，即可获得每点的坐标、高程。结合输入的点特征编码及属性信息，构成带状所有碎部点的数据，在室内即可用绘图软件成图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性息，而且采集速度快，因此大大降低了测图难度。

2、公路中线放样。设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路中线在地面上标定出来。采用实时GPS测量，只需将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差，各点放样精度趋于一致。公路路线主要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成。放样时，只要先输入各主点桩号（ZH、HY、QZ、YH、HZ），然后输入起终点的方位角a、a，直线段距离D1、D2，缓和曲线长度L、L，圆曲线半径R，即可进行放样操作。这种方法简单实用，比起传统的弦线拨角法要快速得多。

3、公路的横、纵断面放样和土石方数量计算。①纵断面放样时，先把需要放样的数据输入到电子手簿中（如：各变坡点桩号、直线正负坡度值、竖曲线半径），生成一个施工测设放样点文件，并储存起来，随时可以到现场放样测设。②横断面放样时，先确定出横断面形式（填、挖、半填半挖），然后把横断面设计数据输入到电子手簿中（如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高），生成一个施工测设放样点文件，储存起来，并随时可以到现场放样测设。同时软件可以自动与地面线衔接进行“戴帽”工作，并利用"断面法"进行土石方数量计算。通过绘图软件，可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图。因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的，不需要到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。必要时可用动态GPS到现场检测复合，这与传统方法相比，既经济又实用，前景又广阔。

4、桥梁结构放样。对于在江河上修建的大跨径桥梁，采用传统光学仪器和全站仪来定位是比较困难的，因为江面过宽、雾气较大，易造成仪器读数误差。另外，天气情况变化多端、观测浮标位置飘浮不定，影响定位精度。但GPS采用的是空间三点后方距离交会法原理来定位，不受江面外界情况干扰，点与点之间不要求通视，大大提高了作业效率。它的平面坐标定位精度在5mm±1ppm左右，基线长度有几米到几十公里，符合桥梁控制网的精度要求。

三、现代大地测量学的特征

1、从静态大地测量发展到动态大地测量。传统的大地测量只能测出静态刚性地球假设下的地面点坐标和地球重力值，而现代的大地测量技术可以测到非刚性（弹性、流变性等）地球表面点以及重力场元素随时间的变化；

2、从在空间几何描述地球发展到物理―几何空间描述地球。传统的大地测量技术任务是测定地球椭球的几何参数和地球椭球在地球体内的定位，而这些只是在几何空间中描述地球，但现代大地测量技术是在物理―几何空间中描绘地球的参数的；

3、从局部参考坐标系中的地区性（相对）大地测量发展到统一地心坐标系中的全球性（绝对）大地测量。传统的大地测量受仪器的限制，而现代大地测量从由于空间尺度的扩大，可以建立全球统一的地心坐标系，并且将全球各个局部大地参考系纳入到这个全球统一的参考系中，测定地面点在其中的绝对坐标；

4、从多维式大地测量发展到整体三维大地测量。传统大地测量技术主要是采用光学仪器为基础，进行地面的距离、角度高度和重力等方面的多种测量，而现在可以采用空间大地测量直接测定相对于地球质心的三维绝对位置；

5、地球表面的大地测量到发展到地球内部物质结构的大地测量反演。传统的大地测量只限于在地球表面进行位置和地球外部重力场的测定，而现代大地测量中以空间大地测量为标志的大地变形测量技术不论在测量的空间尺度上还是精度水平都已经有能力监测地球动力学过程产生的运动状态和物理场的微变化。

结束语

近年来我国大地测量工作取得了重要进展，采用新一代大地坐标系已经成为刻不容缓的工作，在技术条件成熟的今天，采用新的坐标系仍然要解决大量测绘产品的坐标转换问题。在今后如何维护国家的大地坐标系，使大地参考框架得到及时有效地加密以及更新，这些都需要测绘工作者的不懈努力。在大地测量手段日益丰富和不断增强的形势下，大地测量与地学的其他学科进行交叉和融合，将会更好地推动地球科学的发展。

参考文献：

[1]宁津生，许厚泽等，大地测量学自然科学学科发展战略调研报告，科学出版社，1994

[2]胡明成，鲁福，现代大地测量学[M].北京，测绘出版社，1993

[3]陈俊勇，现代大地测量在大地基准、卫星重力以及相关研究领域的进展[J]

[4]胡明城，现代大地测量学得理论及其应用[M]，北京，

[5]程鹏飞，李夕银等，中国公路差分GPS测量[J]，测绘科学