【摘要】本文首先阐述了GPS的概念，分析了数字化地形测量的组织与数字化地形测绘过程中的常见问题，利用GPS技术的优势探讨了其在数字化地形测量相关技术中的应用，以供同行参考与借鉴。
【关键词】数字化；GPS 技术；地形测量；测量相关技术
1、引言
随着市政规划和工程建设的需要，地形测量的重要性日益提高，并受到了广泛的关注和重视，近两年来相关测绘技术的发展并先后应用于地形测量也为地形测量的准确性和科学性提供了保障，在此基础上开展GPS技术数字化地形测量应用研究对地形测量有着重要的意义。
2、GPS技术
GPS系统包括3大部分：空间部分-GPS卫星星座；地面控制部分-地面监控系统；用户设备部分-GPS信号接收机。空间卫星系统由均匀分布在地球6个轨道平面上的24颗高轨道工作卫星构成，卫星每2小时沿近圆形轨道绕地球一周，由星载高精度原子钟控制无线电发射机在“低噪声窗口”四周发射L1、L2两种载波，向全球的用户接收系统连续地播发GPS导航信号。地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的5个监测站、1个主控站和3个注入站构成。该系统的功能是：监控站用GPS接收系统测量每颗卫星的伪距和距离差，采集气象数据，并将观测数据传送给主控点。主控站接收各监测站的GPS卫星观测数据、卫星工作状态数据、各监测站和注入自身的工作状态数据，及时编算每颗卫星的导航电文并传送给注入站；控制和协调监测站间，注入时间的工作，检验注入卫星的导航电文是否正确以及卫星是否将导航电文发给了GPS用户系统；诊断卫星工作状态，改变偏离轨道的卫星位置及姿态，调整备用卫星取代失效卫星。注入站接受主控站送达的各卫星导航电文并将之注入飞越其上空的每颗卫星用户接收系统主要由以无线电传感和计算机技术支撑的GPS卫星接收机和GPS数据处理软件构成。
3、数字化地形测量的组织
数字化地形测量是工程施工与规划的基础，同时由于数字化地形测量需要较高的准确性和精确性，因而需要良好的组织。具体来说主要包括：
3.1测量工序
地形测量的工序主要分为两个环节：一是控制测量与计算机辅助平差计算；二是碎部数据采集与软件编图成图。两个环节间以数据传输为纽带，即可平行施工又可顺序施工，与传统地形测量相比，减少了大量的中间生产环节。
3.2测量方案
数字化地形测量项目的作业方案根据仪器设备条件确定，仪器设备条件不同，作业方案变化各异，一般可选用静态GPS网作基本控制，导线动态作加密控制，支导线补充测站点，全站仪动态碎部数据采集，进而计算机软件机助成图的作业方案。一定条件下，大比例尺数字化地形测量可以一次性全面布网至测站点，并且可以直接先测图而不受先控制后测图逐级加密等测量原则的约束。
3.3测量方法
在生产工序上，数字化地形测量不一定要遵守先控制、后测图的原则，控制测量、碎部测图可以同时进行，甚至可以是先测图后控制，只是后者需将碎部成图以控制点为基准借助成图软件进行测站纠正。在控制点点之记的制作上，数字化地形测量不一定要将其作为一个专门工作来进行，可依据最终成图编绘点之记碎部测图在数字化地形测量中只是一个数据采集的过程成图大量的工作已从外业转移到了内业，目前，碎部成图作业方法较多，因人而异。
4、数字化地形测绘过程中的常见问题
4.1 等高线处理不当
由于数字化地形测绘软件中的等高线一般都是根据野外采集的地貌点的高程，采用等值内插法，按基本等高距插绘等值点连成曲线，再按不同的圆滑方法进行圆滑而生成的。在地形测量中，并不是野外采集的所有地貌点之间都能进行等高线内插的，也就是说靠全自动建立的数字地面模型（DTM）有可能失真，因而需要进行必要的人工干预，删除自动组网中那些不能内插等高线的三角边，而要做好这一点，就要靠绘图人员的技术和经验。比如：沟或坎上的点就不能与远离其坡下的点插绘等高线，否则可能会使生成的等高线悬空或穿入地下，使局部地形面目全非。再如等高线不能穿过道路和建（构）筑物，有的需在建立 DTM 模型时就充分考虑，有些应在绘制好等高线后进行局部修剪或删除。如果上述工作不到位，数字地形图是很难真实反映实际地形的。
4.2 野外数据采集不准确、不全面
（1）地形变化处地形点不全面，坎（沟）上有点，下面无点或少点，这造成绘制的等高线可能失真，从而难以准确反映实际地形。
（2）有些线状地物如小沟（特别是暗沟）、电力线、电讯线（或电缆）、各种管线在图内应有始有终，而拾取地形点时往往易忽略，这主要与绘图人员的技术与责任有关。
（3）野外草图绘制不全、不细。野外绘制草图人员是现场跑路最多而且最忙的，技术要求高，虽然是草图，也应按正规图来绘，因为它是最后成图能否满足规范要求的重要依据之一。尤其是地物、地貌的连线关系应与实地一致，测点顺序不能颠倒和记错。同时，现场绘制草图人员还得记清跑尺员省去而图上需要表示的地物的相关位置，都应准确量取并在草图中标注清楚。如果工作不细心，这些都易忽略，造成地形地物不清、不全。
4.3 自检工作不利
相对于常规测图而言，在图纸审核中，数字化成图的过程发现的缺陷要多一些。除了上述问题外，主要是绘图人员的自检工作需加强。如注记或植被符号压线和覆盖地物的现象以及坎（沟）上的高程注于坎下或下面的高程注在上面的现象。还有图式符号使用不正确等，这种现象只要经过仔细自检，应可以避免，而这些问题都与制图人员的责任心有关。
5、GPS技术在数字化地形测量相关技术中的应用
5.1GPS技术在数字化地形测量中的应用
5.1.1常规测量方法的缺陷
测量范围不广。一般性的借助人力或一般机械进行测量的方法，由于其技术含量有限，操作起来不仅耗费人力、物力，而且测量范围有限。搜集到的用于路线测量控制的起算点间一般很难保证为同一测量系统，国测、军测、城市控制点往往混杂一起，这就存在系统间的兼容性问题，假如用不兼容的起算点，势必影响测量质量。 5.1.2国家大地点破坏严重，影响测量作业
由于国家基础控制点，大多为20世纪五六十年代完成，经过30多年，有些点由于经济建设的需要被破坏，有些点则由于人们缺乏知识遭人为破坏。在这些地区进行路线测量作业，往往在50km以上均找不到导线的联测点。这样路线控制测量的质量得不到保证。
地面通视困难往往影响常规测量的实施。一般地形的控制点要求布设300m范围内。但由于通视的原因，这一条件难以满足，甚至在大范围密林、密灌及青纱帐地区，根本无法实施常规控制测量。
5.2相对于常规的测量方法来讲，GPS测量有以下特点：
5.2.1测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。
5.2.2定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。
5.2.3观测时间短。观测时间短采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30～40min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。例如使用Timble4800GPS接收机的RTK法可在5s以内求得测点坐标。
5.2.4提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。
5.2.5操作简便。GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。
5.2.6全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。
5.3 GPS用于数字化地形测量的特点测量范围广
GPS技术由于由高策低，测量范围可以很大。可按需布设控制网，简化加密级别，省去联测过渡点。测量精度高。随着GPS技术的日益成熟和快速发展，现今，生产性作业精度可达1～Z10-6mm，国外可达零点几10-6mm，可建立比常规测量精度更高的控制网。各个联测点之间不要求通视，不必建造高规标。
观测自动化程度高。外业用电纽操作，内业用计算机处理数据，作业时间短，效率高。测量成果可得三维地心坐标，优于常规测量的平面坐标和高程系统分离状况，有利于宇航科学、导弹发射等空间科学的应用。星座布置完成后，可24h观测，在雨、雾、雪等条件下亦可全天候作业。
6、数字化地形测绘时需注意的事项
（1）测图单元的划分，尽量以自然分界为界，如河流、道路等，以便于地形图的施测，也减少了接边的问题。
（2）能够测量到的点尽量实测，尽量避免用皮尺（钢尺）量取。因为用全站仪所测量的速度远非皮尺量取所能比的，且精度也会高些。
（3）对于一些测量存在困难但又不得不测的，除需要得到甲方的许可外，还涉及到对现行规范的正确解读及作业员对地形表述的领悟能力。当然，至于哪个先测哪个后测可根据实地的实际情况，灵活的调整，同时也要方便测站上观测人员的数字及字母输入。
（4）测等高线时，除了测量特性线外，还应尽量多测一些加密的点，以满足计算机建模均需要，也能更加详尽地反映地貌。
（5）由于数字测图很多工作是在计算机上完成的，所以如何加强检核是每个单位所必须解决的。特别是在测区远离内业地点时，必须有一定的措施。
7、结语
GPS技术是现代科学技术的结晶，它是卫星技术、微电子技术、计算机技术和天文观测技术等高科技尖端技术的综合产物，GPS技术的出现与不断完善将会进一步推进地形测量技术的改进，完善和丰富地形测量方法。
参考文献：
[1]韦成亮.GPS技术在地形控制测量中的应用[J].技术与市场，2011，（08）.
[2]屈桂荣.数字化地形测量初探[J].黑龙江科技信息，2010，（21）.
[3]李军，王卓.论GPS技术在数字化地形测量中的应用[J].民营科技，2010，（03）.
[4]李添国.基于GPS控制测量方法的地形测量技术探讨[J].科技创新导报，2010，（21）.
【关键词】数字化；GPS 技术；地形测量；测量相关技术
1、引言
随着市政规划和工程建设的需要，地形测量的重要性日益提高，并受到了广泛的关注和重视，近两年来相关测绘技术的发展并先后应用于地形测量也为地形测量的准确性和科学性提供了保障，在此基础上开展GPS技术数字化地形测量应用研究对地形测量有着重要的意义。
2、GPS技术
GPS系统包括3大部分：空间部分-GPS卫星星座；地面控制部分-地面监控系统；用户设备部分-GPS信号接收机。空间卫星系统由均匀分布在地球6个轨道平面上的24颗高轨道工作卫星构成，卫星每2小时沿近圆形轨道绕地球一周，由星载高精度原子钟控制无线电发射机在“低噪声窗口”四周发射L1、L2两种载波，向全球的用户接收系统连续地播发GPS导航信号。地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的5个监测站、1个主控站和3个注入站构成。该系统的功能是：监控站用GPS接收系统测量每颗卫星的伪距和距离差，采集气象数据，并将观测数据传送给主控点。主控站接收各监测站的GPS卫星观测数据、卫星工作状态数据、各监测站和注入自身的工作状态数据，及时编算每颗卫星的导航电文并传送给注入站；控制和协调监测站间，注入时间的工作，检验注入卫星的导航电文是否正确以及卫星是否将导航电文发给了GPS用户系统；诊断卫星工作状态，改变偏离轨道的卫星位置及姿态，调整备用卫星取代失效卫星。注入站接受主控站送达的各卫星导航电文并将之注入飞越其上空的每颗卫星用户接收系统主要由以无线电传感和计算机技术支撑的GPS卫星接收机和GPS数据处理软件构成。
3、数字化地形测量的组织
数字化地形测量是工程施工与规划的基础，同时由于数字化地形测量需要较高的准确性和精确性，因而需要良好的组织。具体来说主要包括：
3.1测量工序
地形测量的工序主要分为两个环节：一是控制测量与计算机辅助平差计算；二是碎部数据采集与软件编图成图。两个环节间以数据传输为纽带，即可平行施工又可顺序施工，与传统地形测量相比，减少了大量的中间生产环节。
3.2测量方案
数字化地形测量项目的作业方案根据仪器设备条件确定，仪器设备条件不同，作业方案变化各异，一般可选用静态GPS网作基本控制，导线动态作加密控制，支导线补充测站点，全站仪动态碎部数据采集，进而计算机软件机助成图的作业方案。一定条件下，大比例尺数字化地形测量可以一次性全面布网至测站点，并且可以直接先测图而不受先控制后测图逐级加密等测量原则的约束。
3.3测量方法
在生产工序上，数字化地形测量不一定要遵守先控制、后测图的原则，控制测量、碎部测图可以同时进行，甚至可以是先测图后控制，只是后者需将碎部成图以控制点为基准借助成图软件进行测站纠正。在控制点点之记的制作上，数字化地形测量不一定要将其作为一个专门工作来进行，可依据最终成图编绘点之记碎部测图在数字化地形测量中只是一个数据采集的过程成图大量的工作已从外业转移到了内业，目前，碎部成图作业方法较多，因人而异。
4、数字化地形测绘过程中的常见问题
4.1 等高线处理不当
由于数字化地形测绘软件中的等高线一般都是根据野外采集的地貌点的高程，采用等值内插法，按基本等高距插绘等值点连成曲线，再按不同的圆滑方法进行圆滑而生成的。在地形测量中，并不是野外采集的所有地貌点之间都能进行等高线内插的，也就是说靠全自动建立的数字地面模型（DTM）有可能失真，因而需要进行必要的人工干预，删除自动组网中那些不能内插等高线的三角边，而要做好这一点，就要靠绘图人员的技术和经验。比如：沟或坎上的点就不能与远离其坡下的点插绘等高线，否则可能会使生成的等高线悬空或穿入地下，使局部地形面目全非。再如等高线不能穿过道路和建（构）筑物，有的需在建立 DTM 模型时就充分考虑，有些应在绘制好等高线后进行局部修剪或删除。如果上述工作不到位，数字地形图是很难真实反映实际地形的。
4.2 野外数据采集不准确、不全面
（1）地形变化处地形点不全面，坎（沟）上有点，下面无点或少点，这造成绘制的等高线可能失真，从而难以准确反映实际地形。
（2）有些线状地物如小沟（特别是暗沟）、电力线、电讯线（或电缆）、各种管线在图内应有始有终，而拾取地形点时往往易忽略，这主要与绘图人员的技术与责任有关。
（3）野外草图绘制不全、不细。野外绘制草图人员是现场跑路最多而且最忙的，技术要求高，虽然是草图，也应按正规图来绘，因为它是最后成图能否满足规范要求的重要依据之一。尤其是地物、地貌的连线关系应与实地一致，测点顺序不能颠倒和记错。同时，现场绘制草图人员还得记清跑尺员省去而图上需要表示的地物的相关位置，都应准确量取并在草图中标注清楚。如果工作不细心，这些都易忽略，造成地形地物不清、不全。
4.3 自检工作不利
相对于常规测图而言，在图纸审核中，数字化成图的过程发现的缺陷要多一些。除了上述问题外，主要是绘图人员的自检工作需加强。如注记或植被符号压线和覆盖地物的现象以及坎（沟）上的高程注于坎下或下面的高程注在上面的现象。还有图式符号使用不正确等，这种现象只要经过仔细自检，应可以避免，而这些问题都与制图人员的责任心有关。
5、GPS技术在数字化地形测量相关技术中的应用
5.1GPS技术在数字化地形测量中的应用
5.1.1常规测量方法的缺陷
测量范围不广。一般性的借助人力或一般机械进行测量的方法，由于其技术含量有限，操作起来不仅耗费人力、物力，而且测量范围有限。搜集到的用于路线测量控制的起算点间一般很难保证为同一测量系统，国测、军测、城市控制点往往混杂一起，这就存在系统间的兼容性问题，假如用不兼容的起算点，势必影响测量质量。 5.1.2国家大地点破坏严重，影响测量作业
由于国家基础控制点，大多为20世纪五六十年代完成，经过30多年，有些点由于经济建设的需要被破坏，有些点则由于人们缺乏知识遭人为破坏。在这些地区进行路线测量作业，往往在50km以上均找不到导线的联测点。这样路线控制测量的质量得不到保证。
地面通视困难往往影响常规测量的实施。一般地形的控制点要求布设300m范围内。但由于通视的原因，这一条件难以满足，甚至在大范围密林、密灌及青纱帐地区，根本无法实施常规控制测量。
5.2相对于常规的测量方法来讲，GPS测量有以下特点：
5.2.1测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。
5.2.2定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。
5.2.3观测时间短。观测时间短采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30～40min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。例如使用Timble4800GPS接收机的RTK法可在5s以内求得测点坐标。
5.2.4提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。
5.2.5操作简便。GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。
5.2.6全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。
5.3 GPS用于数字化地形测量的特点测量范围广
GPS技术由于由高策低，测量范围可以很大。可按需布设控制网，简化加密级别，省去联测过渡点。测量精度高。随着GPS技术的日益成熟和快速发展，现今，生产性作业精度可达1～Z10-6mm，国外可达零点几10-6mm，可建立比常规测量精度更高的控制网。各个联测点之间不要求通视，不必建造高规标。
观测自动化程度高。外业用电纽操作，内业用计算机处理数据，作业时间短，效率高。测量成果可得三维地心坐标，优于常规测量的平面坐标和高程系统分离状况，有利于宇航科学、导弹发射等空间科学的应用。星座布置完成后，可24h观测，在雨、雾、雪等条件下亦可全天候作业。
6、数字化地形测绘时需注意的事项
（1）测图单元的划分，尽量以自然分界为界，如河流、道路等，以便于地形图的施测，也减少了接边的问题。
（2）能够测量到的点尽量实测，尽量避免用皮尺（钢尺）量取。因为用全站仪所测量的速度远非皮尺量取所能比的，且精度也会高些。
（3）对于一些测量存在困难但又不得不测的，除需要得到甲方的许可外，还涉及到对现行规范的正确解读及作业员对地形表述的领悟能力。当然，至于哪个先测哪个后测可根据实地的实际情况，灵活的调整，同时也要方便测站上观测人员的数字及字母输入。
（4）测等高线时，除了测量特性线外，还应尽量多测一些加密的点，以满足计算机建模均需要，也能更加详尽地反映地貌。
（5）由于数字测图很多工作是在计算机上完成的，所以如何加强检核是每个单位所必须解决的。特别是在测区远离内业地点时，必须有一定的措施。
7、结语
GPS技术是现代科学技术的结晶，它是卫星技术、微电子技术、计算机技术和天文观测技术等高科技尖端技术的综合产物，GPS技术的出现与不断完善将会进一步推进地形测量技术的改进，完善和丰富地形测量方法。
参考文献：
[1]韦成亮.GPS技术在地形控制测量中的应用[J].技术与市场，2011，（08）.
[2]屈桂荣.数字化地形测量初探[J].黑龙江科技信息，2010，（21）.
[3]李军，王卓.论GPS技术在数字化地形测量中的应用[J].民营科技，2010，（03）.
[4]李添国.基于GPS控制测量方法的地形测量技术探讨[J].科技创新导报，2010，（21）.
