试论现代大地测绘技术的发展与工程应用 张瑛英

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2019/10/17来源:《基层建设》2019年第21期文/张瑛英
[导读]摘要:在现如今的土地测绘技术应用与发展的过程中,计算机的出现让这项工作变得更加完善,很多先进的技术手段都展现在人们的面前。

        黑龙江省地兴测绘技术服务有限公司  黑龙江哈尔滨市  150036
        摘要:在现如今的土地测绘技术应用与发展的过程中,计算机的出现让这项工作变得更加完善,很多先进的技术手段都展现在人们的面前。在应用这些技术的过程中,需要采用计算机网络技术以及相关的数据技术,大地测绘技术就是将二者相结合下的产物,随着现代科学技术的不断发展,这也是当前国家比较重视的一个发展项目。下面笔者就简要的对现代大地测绘技术进行探讨,进而研究其发展现状,希望能够对相关的工程建设带来一定的帮助。
        关键词:现代大地测绘技术;发展;工程应用
        1现代大地测量学的特点
        1.1长距离,大范围
        现代大地测量学所量测的范围和间距,已可以从原来的几十公里扩展到几千公里,不再受经典大地测量中“视线”长度的制约,现代大地测量学能提供协调一致的全球性大地测量数据,例如测定全球的板块运动,冰原和冰川的流动,洋流和海平面的变化等等,因此过去总在局部地域中进行的大地测量现在已扩展为洲际的、全球的和星际的。
        1.2高精度
        现代大地测量的量测精度相对于经典大地测量而言,已提高了2到3个数量级。例如我国天文大地网是中国60年代大地测量的最高精度,其相对精度约为3ppm,而目前GPS定位的相对精度一般情况下都可以做到0.1ppm。
        1.3实时,快速
        经典大地测量的外业观测和内业数据处理是在有相当时间间隔内完成的两个不同的工序。而现代大地测量的这两个工序,几乎可以在同一时间段内完成,即实时或准实时地完成。例如对静态或动态目标的实时定位(导航),对形变的实时监测,可以准实时测定由于大气和海洋角动量的变化与地球自转的关系。
        1.4“时间维”
        现代大地测量的第四维是时间或历元。现代大地测量能提供在合理复测周期内有时间序列的,高于10-7精度的大地测量数据。这些测量成果,必然或必须要以“时间”作为大地测量学数据中的第四个坐标(第四维),否则高精度和实时测定在不断运动的物质世界中就没有意义。也就是说大地测量学原来的三个方面的静态内容,在当前实时和高精度测量的条件下,必须与它们所相应的时间(历元)相联系。这是现代大地测量学的一个重要特点。
        2现代技术在大地测绘工程建设中的具体应用
        2.1高程控制测量
        高程控制测量主要采用了从整体到部分这种逐级建立的原因,属于控制网的一部分,通过在固定间隔距离之内设置高程控制点作为水准点,并通过 2 个高程点之间形成水准路线。面对工程建设过程中工期时间短、对测绘技术要求高的情况,需要提供大量复杂的信息,从而使得测绘理论更加完善。现代大地测绘技术在高程控制测量中主要体现在以下2 个方面。1)建立起完善的高程控制网。通常情况下需要采用外等外附和的水准路线控制方法,然后对每一个高程控制点采用“后前前后”的观测顺序,先用微斜水准仪逆时针观测量,再用安平水准仪顺时针观测一次,以此来保证现代大地测绘信息具有一定的真实性与完整性。2)核算与检测。在进行高程控制测量的过程中,需要对视距与高差进行精准的计算,并检测其水准测量。视差计算有固定套用的公式,在进行高差的相关计算时,要注重计算过程中的误差,需要对 2 次高差的计算结果所产生的误差进行确定,如果 2 次所计算的误差都大于 5mm 的情况下,需要找出具体发生误差的原因,找出相应对策之后进行重新测量。而在进行水准测量时,需要先计算检核,有效确定视距与高度差,当闭合差不超过容许值时,才能够确定高程控制点的可行性。
        2.2平面控制测量
        平面控制测量对于工程测绘有着非常重要的作用,关系着整个工程建设信息的准确性与真实性。在平面控制测量过程中,经常用的大地测绘方法有交会法定点、导线测量及三角测量等。
        3现代大地测绘技术的发展趋势
        3.1大地控制测量
        在现代科学技术发展的过程中,工程测绘的相关技术也呈现出不断进步的趋势,大地控制测量主要应用在工程勘察以及地质普查的工作中,能够采用平面控制的方式对地质矿区进行布设,具体的平面控制方法具有一定的规律,主要分为几个方面。首先是对国家的一二等三角点进行控制,并且对三四等三角点进行加密,其次是如果上述的内容不能得到加密,那么就需要重新对三四等三角点进行控制。在这样的平面控制下,需要注意三角锁网是独立存在的,应该将边长算作在内。在引入载波静态相对定位技术以后,将其与GPS 接收机相互结合在一起进行应用,通过软件的处理,就可以得到更加精密的测量。这样一来就可以有效的避免了很多不必要的因素对测量结果造成的影响。对于相对独立断点分布的矿区工程点不再需要长远距离的测三角锁从其他地方引入控制点,只需从起算点采用边点连接跳跃式地可以直接引入到测区,极大地简化了工作步骤,节省了时间和人力。对于内部范围不大的测区来说,采用光电测距仪、全站仪进行三角锁、导线的测量,生产效率比丈量基线也提高几十倍。所以对于小范围测区来讲,光电测距(半站仪、全站仪)除测定起算边外,还应用于测边网、测距导线代替常规的测角网。
        3.2大地测量的扩大和交叉
        现代大地测量已超过原来经典大地测量的目标,追求大地测量可以做更多的事,形成了学科交叉意义上的大地测量学。因此现代大地测量数据可以提供和处理原来是地球动力学、行星学、大气学、海洋学、板块运动学和冰川学的信息。
        最好的例子是GPS。原先GPS的设计是用于米级精度的定位,但经过不懈的研究和改善,目前的GPS已可以用于精度为毫米级的(相对)定位。若将GPS站布设为网络形式,则人们可以得到前所未有的空间和时间的高分辨率来发现和测定地壳运动,例如日本有超过1000个GPS连续运行站网,美国南加州有超过250个GPS监测站,中国的地壳运动监测网络中有25个GPS连续运行站网,近1000个GPS监测点,这些网站可以提供相应区域范围内丰富的地形变信息,因而可以成为该区域地震和地质灾害的监测系统。GPS结合INSAR技术不仅可以提供网点的地形变信息,还可以提供相应整个地表面的地形变信息。
        长期以来是凡利用电磁波进行大地测量的技术中,大气中水气对电磁波信号传播的影响,一直是一个需要在大地测量数据处理中加以剔除和削弱的对象。但这样一个长期困惑大地测量的问题,在近十年来却转变成了大地测量工作的一个新领域:用地面或星载GPS测定电信号的总天顶延迟以计算大气可降水份。由于这些GPS数据可以全天候获得,不受云量的影响(不像过去使用的水气幅射计),并可以获得缺少陆地的南半球和海洋上的相应数据。以同样的原理GPS也提供一种新的途径来描述电离层的不均匀性质。这就形成了所谓的卫星大气学,它的开拓和发展,还有待大地测量学家和大气学家的共同努力。
        由于重力卫星持续的对地球重力场的观测,将必然可以提供地球重力场的时变值。重力场的时变是地球上各种物质重新分布的现象所引起的。这包括日月潮汐,后冰期回弹,大气移动、其中影响较大的是地球上水(海、湖、河、地下水、冰川、冰原、雪原等)质量分布的变化,因此今后重力场的时变测量,近期来说,将对海平面上升,冰川学、海洋动力学和大陆水量变化的研究做出独特的贡献。例如,全球海平面上升这一说法,至今仍有很多争议。其中关键点是它的水源问题。今后通过重力场的时变测量,可以排除海水随全球变暖的热膨胀因素,并确定是否有全球平均海水面0.1mm/a的上升率。若假设水源是从大陆流向海洋,则通过各大陆大地水准面或重力场的变化可以分辨出来,而假设水源是来自南极和格陵兰冰原,则这些重力卫星对该地区重力场的时变测量结果,结合在冰原上的卫星测高,可以比较准确地计算这些冰原消蚀对海平面上升的贡献。
        从上面卫星定位GPS和卫星重力CHAMP,GRACE的运行和它的多种功能的情况说明,大地测量可以并已经涉及多种学科领域,并提供多种学科领域长期以来很难取得的数值和有可能解决它们相应的困惑。事实业已证明大地测量学将与其他学科有更多的交叉,并将更大地影响和促进地球科学、环境科学和行星科学的发展。
        参考文献:
        [1]吴高显,马俊文.大地测量中北斗卫星导航定位系统的运用分析[J].通讯世界,2018(03):349-350.
        [2]王真义.局部似大地水准面精化技术在地下管线测绘中的应用[J].北京测绘,2009(04):56-60.