GPS控制測量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

林俊偉

摘 要：文章通過我市應(yīng)用GPS控制測量的工作方法以及對誤差來源的分析，討論應(yīng)用GPS進(jìn)行控制測量的優(yōu)越性以及測量的誤差來源和處理方法。

關(guān)鍵詞：GPS控制測量；誤差來源；處理方法

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，尤其是衛(wèi)星定位和通信技術(shù)的發(fā)展，GPS的控制測量受到了人們越來越多的關(guān)注。GPS測量技術(shù)由于具有誤差不累積、高效率、不受通視條件限制等特點(diǎn)，越來越廣泛地應(yīng)用到測繪領(lǐng)域中，取得了很好社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。我市由于城市建設(shè)快速發(fā)展，建筑物比較密集，通視條件受到一定程度的限制，所以對地形圖修補(bǔ)測的控制測量采用GPS控制網(wǎng)。GPS控制測量技術(shù)，它大大的改變了傳統(tǒng)測量作業(yè)的作業(yè)方式，極大的提高了我們的工作效率，同時(shí)也帶來了非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但是GPS控制測量技術(shù)在測量的時(shí)候也存在著一些誤差，這些誤差處理不好的話會(huì)嚴(yán)重影響測量的效果。本文主要是以我市GPS控制測量為對象，分析其常見的誤差來源，并找出減少誤差的處理方法。

2 GPS控制測量

2.1 本次控制測量利用我市現(xiàn)有的三個(gè)I等三角點(diǎn)布設(shè)104個(gè)特定的E級(jí)GPS網(wǎng)。E級(jí)GPS點(diǎn)均對布設(shè)而且通視，盡量避開大面積積水體、高潮建筑及電臺(tái)和高壓電線這些強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號(hào)源。

2.2 外業(yè)觀測：使用4臺(tái)Trimble4600ls單頻GPS接收機(jī)同步觀測，定位采用快速靜態(tài)同步定位，聯(lián)網(wǎng)采用網(wǎng)連接、圖形基本為環(huán)線網(wǎng)，結(jié)構(gòu)較強(qiáng)。操作中天線嚴(yán)格對中、整平。本次GPS觀測采用同步環(huán)擴(kuò)展圖形，每測段時(shí)間為40分鐘，共建127個(gè)同步環(huán)，除4個(gè)同步環(huán)的基線無法達(dá)到精度外，其他觀測質(zhì)量良好。

2.3 數(shù)據(jù)處理：本次GPS測量的平差計(jì)算采用隨機(jī)軟件GPSuraey2.35進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和三維約束平差，按基線模式解算，然后利用已知點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)換算，最后化到高斯平面上進(jìn)行二維約束平差，使用廣播星歷，對流層改正采用Hopfied模型，電離層改正采用標(biāo)準(zhǔn)模式。

GPS控制測量是一項(xiàng)要求嚴(yán)格技術(shù)的工作，因此在測量時(shí)每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要經(jīng)過密切組織和精心設(shè)計(jì)后才能進(jìn)入到實(shí)施的階段。在實(shí)施時(shí)一定要遵循標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)章制度，測量工作要做到測量的準(zhǔn)確性和可靠性的要求，也要盡可能的減少因主觀因素重做的消耗，避免出現(xiàn)重做浪費(fèi)的現(xiàn)象。通過我市地形圖修補(bǔ)測實(shí)例，GPS控制測量時(shí)通過接收衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后再求出定測量點(diǎn)的空間位置，它具有連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，并且還具有良好的可用性和準(zhǔn)確性。充分體現(xiàn)GPS控制測量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。

3 GPS控制測量的誤差來源及相應(yīng)的處理方法

首先，結(jié)合我市應(yīng)用GPS控制測量工作的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，本次127個(gè)同步環(huán)，其中4個(gè)同步環(huán)基線無法達(dá)到精度要求。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)這些點(diǎn)位有點(diǎn)位于比較狹窄的街道上，街道兩側(cè)建筑物較高。也有可能跟觀測時(shí)段選擇不合適有關(guān)，這些點(diǎn)位均可舍去。

其次還有GPS觀測誤差，主要與衛(wèi)星和接收裝置有關(guān)：

3.1 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差及處理方法

3.1.1 星歷誤差。由于GPS定位測量技術(shù)是由美國開發(fā)的，因此美國從維護(hù)自己國家利益的角度出發(fā)，通過降低廣播星歷精度、在GPS基準(zhǔn)信號(hào)中加入高頻抖動(dòng)等方法來降低普通GPS用戶的導(dǎo)航定位精度。星歷誤差是一種起始誤差，如果誤差過大它將會(huì)嚴(yán)重影響GPS的定位精度，它是GPS測量中非常重要的誤差來源。如果對于要求較高的基線，數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)該采用精密的星歷。

3.1.2 時(shí)鐘誤差是有鐘差、頻偏和頻漂等原因而產(chǎn)生的誤差，它還包括時(shí)鐘的隨機(jī)誤差。相對論效應(yīng)是指由于衛(wèi)星發(fā)送和接收信號(hào)時(shí)處在不同的運(yùn)動(dòng)速度和重力位而產(chǎn)生的，它也會(huì)帶來一定的誤差，主要存在于接收機(jī)上，目前可通過采用差分處理來清除。

3.1.3 在GPS控制測量中與信號(hào)有關(guān)的誤差還包括電離層的延誤、對流層的延誤、大氣層的折射誤差以及多路徑效應(yīng)等。同其他電磁波信號(hào)一樣，GPS衛(wèi)星測量信號(hào)傳輸?shù)降孛娴倪^程中會(huì)因?yàn)殡婋x層的彌散而受到一定的影響和干擾。另外，在不同的時(shí)間或者不同的位置時(shí)電離層的折射對測量信號(hào)的影響也不同，當(dāng)衛(wèi)星處于正上方時(shí)，電離層的折射對信號(hào)的影響很小，不足5m，而在白天12點(diǎn)左右時(shí)，也就是衛(wèi)星在地平線位置附近時(shí)，電離層的折射對信號(hào)的影響最大，這時(shí)它對信號(hào)的影響可達(dá)150m。因此，為了減小電離層折射對信號(hào)的影響可采用以下措施：本次采用單頻接收機(jī)，所以電離層改正采用標(biāo)準(zhǔn)模式。

3.1.4 起算點(diǎn)坐標(biāo)的誤差。起算點(diǎn)的坐標(biāo)精度能直接影響整個(gè)控制網(wǎng)的系統(tǒng)誤差，一般解決的辦法就是啟用高進(jìn)度的控制點(diǎn)作為基線解算的起點(diǎn)。

3.1.5 對流層誤差。對流層對觀測值也有一定的影響，影響因素主要分為干分量和濕分量兩種。干分量主要和大氣的溫度，壓力等因素相關(guān)，而濕分量主要和信號(hào)傳播的高度以及傳播通道的大氣濕度有關(guān)。結(jié)合我市GPS測量工程實(shí)際可以采用以下幾種方法加以處理：第一，如果定位精度要求不高的話可以直接加以忽略，因?yàn)檫@種誤差相對較小。第二，根據(jù)測量的經(jīng)驗(yàn)，對對流層模型加以修正。第三，引入一些附加的參數(shù)對對流層進(jìn)行進(jìn)一步的評估，并且在評估之后將全部的數(shù)據(jù)都送入到數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行處理。

3.2 與接收裝置有關(guān)的誤差及處理方法

3.2.1 在GPS控制測量時(shí)，一般用GPS接收機(jī)來接收衛(wèi)星傳輸?shù)男盘?hào)，它一般采用高精度的石英鐘進(jìn)行計(jì)時(shí)，穩(wěn)定性很高可達(dá)到10-9的水平。如果接收機(jī)石英鐘和衛(wèi)星鐘的同步差為1us時(shí)就會(huì)引起大約300m的距離誤差，因此在測量時(shí)減少此類誤差非常重要。可采用下列措施加以解決：第一，把每個(gè)接收時(shí)刻的接收機(jī)時(shí)鐘當(dāng)做一個(gè)獨(dú)立的未知數(shù)與觀測站的位置參數(shù)一起送到處理中心進(jìn)行處理。第二，將接收機(jī)時(shí)鐘差表示為時(shí)間的多項(xiàng)式形式，并在觀測量的平差計(jì)算過程中求解出多項(xiàng)式的系數(shù)。第三，在衛(wèi)星間通過求一次差的方法來消除接收機(jī)的時(shí)鐘差。

3.2.2 多路徑誤差。GPS接收機(jī)天線附近的阻礙物反射衛(wèi)星的傳播信號(hào)，從而產(chǎn)生多路徑誤差。它的產(chǎn)生是和周圍的環(huán)境所導(dǎo)致的，如高層建筑、大面積水體、電磁波干擾源等，一般可以在天線底安裝金屬網(wǎng)，可以過濾一部分折射波的信號(hào)，減少多路徑誤差。

另外，接收機(jī)在接收過程中還存在著因天線相位中心位置造成的誤差，在GPS測量時(shí)觀測值的計(jì)算都是以接收機(jī)天線相位中心位置為準(zhǔn)的，要求操作是要嚴(yán)格對中。在理論上，天線的相位中心和幾何中心應(yīng)該保持一致。而在實(shí)際過程中天線的相位中心會(huì)隨著信號(hào)的強(qiáng)度和方向不同會(huì)有所變化。

4 結(jié)束語

通過本次的GPS控制測量實(shí)踐，我認(rèn)為對E級(jí)GPS控制網(wǎng)，本次測量的平差計(jì)算、使用的星歷及改正模型都較合適。同時(shí)也深感在GPS控制測量中設(shè)法減小測量中的各種誤差是一項(xiàng)非常重要的工作，我們在GPS測量工作中一定要對其有足夠的重視，在測量工作開始前就做好各種減少誤差的方案，在測量過程中根據(jù)實(shí)際情況加以實(shí)施。另外，影響GPS的測量精度的因素有很多除了上文提到的因素外還有地球自轉(zhuǎn)、衛(wèi)星鐘和接收機(jī)的振蕩器之間的隨機(jī)誤差、大氣的折射、衛(wèi)星軌道變動(dòng)、地球潮汐等因素。這些因素在測量時(shí)都會(huì)對測量的精度產(chǎn)生一定的影響，但是過多的因素?zé)o法在實(shí)際測量中一一考慮到并且采取相應(yīng)的措施加以處理，在實(shí)際測量中我們要根據(jù)實(shí)際情況，抓住主要因素，忽略次要因素，對測量結(jié)果影響比較大的因素采取相應(yīng)的措施加以處理，提高GPS測量的精度。

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