基于GPS技術(shù)的遙感測繪方法及實(shí)踐重點(diǎn)

趙依夢 趙彪

摘 要：在科技水平不斷提高的背景下，GPS技術(shù)逐漸與遙感測繪技術(shù)結(jié)合起來，在道路橋梁的建設(shè)、氣候變化的測量、地質(zhì)環(huán)境測量等實(shí)踐中進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用，并且在實(shí)際應(yīng)用中都取得了較為顯著的效果，已經(jīng)逐漸成為當(dāng)前應(yīng)用較為普遍的技術(shù)類型。因此，本文首先分析了GPS技術(shù)和遙感測繪技術(shù)的內(nèi)涵，詳細(xì)分析了基于GPS技術(shù)的遙感測繪方法及實(shí)踐重點(diǎn)，希望能夠?qū)υ擁?xiàng)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用提供幫助。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù);遙感測繪;道路橋梁;氣候變化;地質(zhì)環(huán)境

GPS技術(shù)是Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡稱，是當(dāng)前比較先進(jìn)的導(dǎo)航技術(shù)。GPS具有高定位精準(zhǔn)度、較快的觀測速度、小巧靈活、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，使地質(zhì)工作者將其廣泛地應(yīng)用到了地質(zhì)領(lǐng)域。GPS在地質(zhì)領(lǐng)域涉及的領(lǐng)域主要有：地質(zhì)勘查、礦產(chǎn)資源勘查、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查與研究、巖土工程勘察與施工、地基沉降的觀測等[1]。GPS技術(shù)在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與研究方面的應(yīng)用大大提高了其工作質(zhì)量和工作效率，而GPS技術(shù)在礦產(chǎn)資源勘察領(lǐng)域的應(yīng)用也促進(jìn)了礦產(chǎn)資源勘查數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)。GPS技術(shù)具有全天候、高精度、自動測量等優(yōu)勢基本可以實(shí)現(xiàn)自動化、智能化測量，極大減輕了工作強(qiáng)度。將GPS技術(shù)的優(yōu)勢之處與遙感測繪進(jìn)行結(jié)合，有助于整體測量水平的提升，但在實(shí)際應(yīng)用中為發(fā)揮出較好的效果，關(guān)鍵還需把握各項(xiàng)應(yīng)用的重點(diǎn)。

一、GPS的概述

GPS的構(gòu)成包括：衛(wèi)星星座監(jiān)測器、監(jiān)控系統(tǒng)和信息接收器三個(gè)方面，衛(wèi)星星座監(jiān)測器位于太空，檢測系統(tǒng)和信息接收器位于地面，GPS的衛(wèi)星監(jiān)控工作是由運(yùn)行軌道上的三顆備用衛(wèi)星和處于工作狀態(tài)的二十一顆衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)的。衛(wèi)星在空間內(nèi)的各個(gè)平面都是以固定的范圍和順序進(jìn)行排列的，這樣保證了各個(gè)運(yùn)行軌道都有對應(yīng)的衛(wèi)星來進(jìn)行信號的接收并實(shí)現(xiàn)定位工作。有數(shù)據(jù)指出，衛(wèi)星高度平均都在20200千米的高空，呈55°的傾斜角。控制衛(wèi)星的中樞系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)，主要包括：5個(gè)檢測系統(tǒng)、1個(gè)主控制站點(diǎn)和3個(gè)型號注入站，主要工作是整合監(jiān)測到的信號資料，并形成GPS衛(wèi)星控制信號，以實(shí)現(xiàn)各衛(wèi)星之間的信息數(shù)據(jù)的整合與共享。信號接收器主要是由電源、主機(jī)和天線組成的，位于用戶的設(shè)備系統(tǒng)中，信號接收器主要是監(jiān)控、捕捉和跟蹤衛(wèi)星信號，以實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測站的時(shí)空三維數(shù)據(jù)信息的測量[2]。

二、遙感測繪的概述

遙感Remote Sensing（簡稱RS），在不接觸的情況下利用傳感器對目標(biāo)物體實(shí)施遠(yuǎn)距離探測的方法，再結(jié)合探測到的目標(biāo)數(shù)據(jù)對目標(biāo)物體的特征和性質(zhì)等方面的研究與分析。對于遙感的定義有廣義與狹義兩種說法，狹義上的遙感測繪技術(shù)就是在遙感設(shè)備的作用下收集目標(biāo)物體的相關(guān)數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行必要的分析，而廣義上的遙感指的是遠(yuǎn)距離探測的一種方式。遙感測繪技術(shù)的應(yīng)用中，對于設(shè)備的要求是要能夠比較敏感的識別電磁波，電磁波在觸及目標(biāo)物體時(shí)，目標(biāo)物會隨著電磁波共同產(chǎn)生反射和散射等反應(yīng)，在這一過程中探測設(shè)備會對與目標(biāo)相關(guān)的電磁波進(jìn)行收集，結(jié)合計(jì)算機(jī)的特殊運(yùn)算對目標(biāo)的相關(guān)屬性進(jìn)行分析。遙感測繪技術(shù)隨著時(shí)代發(fā)展的需求在進(jìn)行著演變，從發(fā)展初期的航空拍攝到地質(zhì)測繪。如今，人們應(yīng)用遙感測繪都是利用衛(wèi)星來進(jìn)行的，這一測繪方式可以對該地區(qū)的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行同步收集，再通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算，相比傳統(tǒng)的GPS技術(shù)，無論是數(shù)據(jù)的同步程度，還是工作效率都得到了大大提高，遙感測繪節(jié)省了不少的人力及物力。

三、基于GPS技術(shù)的遙感測繪方法及實(shí)踐重點(diǎn)

為了進(jìn)一步發(fā)揮遙感測繪的作用，使其在不同地質(zhì)環(huán)境中表現(xiàn)出更高的適應(yīng)性，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)高度關(guān)注GPS技術(shù)的應(yīng)用，基于該項(xiàng)技術(shù)來提升定位精度、提升測量可靠性，同時(shí)降低遙感測繪應(yīng)用成本，從而全面提升遙感測繪技術(shù)的應(yīng)用水平。

（一）雙頻GPS技術(shù)對橋梁變形的遙感測繪方法及實(shí)踐重點(diǎn)

在實(shí)際的應(yīng)用中，對于橋梁變形方面的遙感測繪方法比較常用的是雙頻GPS的定位測繪。面對不同特征的監(jiān)測對象就要選擇不同的GPS測量技術(shù)作業(yè)方式，以下幾種是比較常用的作業(yè)方式：連續(xù)的固定GPS測繪排列、周期性的重復(fù)監(jiān)控、實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)控。對于橋梁變形的動態(tài)監(jiān)控要對樣本進(jìn)行高頻率的采集，使每個(gè)單歷元的變化數(shù)據(jù)的測算都能夠具備較高的準(zhǔn)確性，便于掌握橋梁變形的具體位置，最后總結(jié)出基于雙頻GPS技術(shù)的遙感測繪計(jì)算公式。這一計(jì)算法則中涉及到的觀測對象和觀測值主要是利用雙頻的P碼間距來確定的，而單歷元的計(jì)算數(shù)值是確定寬度頻段模糊度的重要基礎(chǔ)，隨后才能對各個(gè)頻段的模糊度動態(tài)定位數(shù)值進(jìn)行確立。由于這一計(jì)算方式在針對初始定位坐標(biāo)的數(shù)值的精準(zhǔn)性方面的要求不是十分嚴(yán)格，故此方式現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用到高動態(tài)的遙感測繪中。

在橋梁變形的遙感測繪實(shí)踐中，GPS技術(shù)的定位檢測不會被氣候變化所影響，能夠做到實(shí)時(shí)測量，當(dāng)監(jiān)測站需要數(shù)據(jù)時(shí)，就可以向其傳送實(shí)時(shí)測繪數(shù)值，充分保證各個(gè)測量站點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)的一致性。當(dāng)使用的測算方法是以雙頻率P碼為距離來進(jìn)行測算時(shí)，首先要進(jìn)行一個(gè)完整的運(yùn)行空間的構(gòu)建，選擇四顆測量衛(wèi)星，并利用他們的寬度波段組成雙差值，再計(jì)算出模糊空間。在大致確定觀測點(diǎn)的位置后，計(jì)算其他寬波頻段的模糊度，前提是在相同歷元的情況下，計(jì)算后對其進(jìn)行排列組合，再計(jì)算出每組觀測數(shù)值并列出相應(yīng)的方程式。這項(xiàng)觀測方式將遙感測繪技術(shù)和GPS技術(shù)緊密結(jié)合，與較常規(guī)測量技術(shù)相比具有更高的精確度，實(shí)現(xiàn)了測繪方式的突破，能夠?qū)崿F(xiàn)對橋梁變形的實(shí)時(shí)高精度測量，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀況，保證橋梁的安全性。因此，在GPS技術(shù)支持下的遙感測繪技術(shù)在橋梁變形的測繪工程中占據(jù)著絕對的優(yōu)勢和實(shí)踐價(jià)值，可加大在這方面的研究與應(yīng)用力度。

（二）雙頻GPS技術(shù)對大氣降水量的遙感測繪方法及實(shí)踐重點(diǎn)

科學(xué)家首次提出利用基于GPS技術(shù)的遙感測繪技術(shù)來進(jìn)行大氣可降水量的分析探測是在20世紀(jì)80年代以后，隨后，我國也針對基于GPS技術(shù)的遙感測繪技術(shù)計(jì)算大氣可降水量方面進(jìn)行了諸多的研究與實(shí)踐，現(xiàn)階段，我國在這一方面的技術(shù)已經(jīng)漸趨成熟，而且在測繪的精準(zhǔn)度方面也已經(jīng)達(dá)到1.5mm左右[3]。另外，基于GPS的遙感測繪技術(shù)無論是在精準(zhǔn)度、分辨率方面還是在分布范圍、經(jīng)費(fèi)預(yù)算方面都占據(jù)著絕對的優(yōu)勢。因此，在氣候監(jiān)控、水文狀況分析、大氣含水量等方面都被廣泛使用。

使用基于GPS的遙感測繪技術(shù)對大氣可降水量進(jìn)行測量時(shí)，要先使用GPS數(shù)據(jù)處理中心對接收機(jī)傳送的GPS定位衛(wèi)星監(jiān)測到的數(shù)據(jù)和信號進(jìn)行處理，再對地面氣壓值和對流層天頂延遲進(jìn)行測量取得新的大氣參數(shù)值，接下來使用信號處理器計(jì)算大氣濕度延遲數(shù)據(jù)，得出可降水量。值得注意的是，對于大氣可降水量的計(jì)算，要想使測量出的地理位置的緯度值和海拔高度更加精準(zhǔn)、可靠，就要使用專門的軟件精確匯總。而進(jìn)行濕度延遲轉(zhuǎn)化為大氣可降水量的計(jì)算過程中，測量結(jié)果的計(jì)算要以加權(quán)平均計(jì)算法則為主并輔以模型。此外，避開局限性的特殊氣候帶更有利于測繪站點(diǎn)的選擇，這是因?yàn)樘厥鈿夂驇o氣候數(shù)值的測量帶來一些誤差值，而這項(xiàng)誤差值會在極大程度上影響GPS的最終遙感測繪數(shù)據(jù)分析工作，由此可見，在選擇測繪站點(diǎn)時(shí)要十分嚴(yán)謹(jǐn)，這是影響氣候環(huán)境測量準(zhǔn)確性的重要因素。

（三）基于GPS技術(shù)的遙感測繪方法在地質(zhì)測量方面的應(yīng)用

GPS技術(shù)的遙感測繪應(yīng)用還表現(xiàn)在地質(zhì)環(huán)境勘測方面，在這方面表現(xiàn)出較為突出的效果。從具體來看主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一，GPS技術(shù)可應(yīng)用于區(qū)域地質(zhì)環(huán)境分析之中，通過GPS技術(shù)的遙感測繪能夠充分掌握區(qū)域地質(zhì)環(huán)境狀況，如：地下水分布、地質(zhì)構(gòu)造等，從而為工程建設(shè)開展奠定基礎(chǔ)，提升施工方案制定的可靠性;其二，利用GPS技術(shù)的遙感測繪功能，能夠有效提升測繪的準(zhǔn)確性，最終使工程定位放線等能夠更加準(zhǔn)確可靠。

四、結(jié)語

總之，基于GPS的遙感測繪方法具有諸多的優(yōu)勢，同時(shí)也被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。本文簡單分析了GPS和遙感測繪技術(shù)，從三個(gè)領(lǐng)域?qū)贕PS的遙感測繪方法和實(shí)踐重點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，旨在為相關(guān)研究提供一些理論基礎(chǔ)，確保在實(shí)踐中對基于GPS的遙感測繪方法進(jìn)行更好利用。同時(shí)，從對該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)踐分析來看，其在測繪領(lǐng)域還有著較大的發(fā)展空間，應(yīng)加強(qiáng)對GPS的遙感測繪方法展開研究，最終拓寬GPS遙感測繪應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉正春，盧玉菡.基于GPS技術(shù)的遙感測繪方法及實(shí)踐重點(diǎn)分析[J].智能城市，2020，6（02）：46-47.

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[3]徐茂蒙.GPS遙感測繪方法在土地測繪中的應(yīng)用探討[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2018（21）：102.

作者簡介：趙依夢（1987—），女，蒙古族，本科，測量工程師，測繪工程專業(yè)，研究方向：工程測量、遙感;趙彪（1987—），男，漢族，碩士，巖土工程師，建筑與土木工程專業(yè)，研究方向：巖土工程。