幾種形式GPS測量結(jié)果比較試驗

汪耀武，何禮軍，曾學(xué)禮

(咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系，咸寧湖北 437100)

幾種形式GPS測量結(jié)果比較試驗

汪耀武，何禮軍，曾學(xué)禮

(咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系，咸寧湖北 437100)

通過GPS靜態(tài)測量、VRS測量、CORS測量、RTK測量等幾種形式的GPS測量結(jié)果比較試驗發(fā)現(xiàn)，選擇恰當(dāng)?shù)膮?shù)是測量正確的前提；在相同HRMS和VRMS限制條件下，VRS測量精度＞RTK測量精度＞CORS測量精度；適當(dāng)提高HRMS和VRMS限制條件，可以提高GPS動態(tài)測量精度．

GPS測量；CORS；VRS；RTK

GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）定位的方式按參考點(diǎn)位置的不同，可分為絕對定位和相對定位；按接收機(jī)運(yùn)動狀態(tài)的不同，可分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位[1]．從理論上講，相對定位比絕對定位精度高，靜態(tài)定位比動態(tài)定位精度高．隨著GPS測量技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種形式的GPS測量，使GPS測量技術(shù)越來越成熟，測量精度越來越高，測量速度越來越快捷．在日常的GPS測量中，根據(jù)測區(qū)條件的差異，常采用GPS靜態(tài)（相對定位）、GPS-VRS（Virtual Reference Station，虛擬參考站）、GPS-CORS（Continuous Operational Reference System，連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)）或GPS-RTK（Real Time Kinematic，實時動態(tài)差分法）等不同測量形式[2]．通過將GPS靜態(tài)測量、GPS-VRS測量、GPS-CORS測量、GPS-RTK測量的精度進(jìn)行比較，分析測量結(jié)果的精度情況和主要原因，為同行們在測區(qū)結(jié)合實情經(jīng)濟(jì)地選用符合精度要求的GPS測量形式提供參考．

1 試驗方法

1.1 試驗區(qū)控制點(diǎn)布設(shè)

試驗區(qū)設(shè)在咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院內(nèi)．咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院在咸寧市咸安區(qū)境內(nèi)，縱長1 500多米，橫寬1 000多米．結(jié)合校園實形，采用邊連式的網(wǎng)形設(shè)計，布設(shè)首級控制網(wǎng)．分別選遠(yuǎn)離高壓線或電臺、避開大水面、視野開闊、平坦安全的點(diǎn)作為首級控制點(diǎn)，釘入鋼釘或鋼釬，涂上紅油漆標(biāo)記并編號．由此布設(shè)5個首級控制點(diǎn)，其圖形大致如圖1所示．

1.2 GPS接收機(jī)技術(shù)參數(shù)

采用瑞得R90型號GPS接收機(jī)．靜態(tài)平面精度是±3 mm+1 ppm，靜態(tài)高程精度是±5 mm+1 ppm；RTK平面精度是±10 mm+1 ppm，RTK高程精度是±20 mm+1 ppm．

1.3 坐標(biāo)系及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

坐標(biāo)系采用西安80坐標(biāo)系，WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為西安80坐標(biāo)的七參數(shù)可采用由湖北VRS提供的湖北七參數(shù)或由咸安單基站CORS提供的咸安七參數(shù)．

1.4 測量軟件及測量命令

GPS接收機(jī)采用三角架設(shè)安置于待測點(diǎn)進(jìn)行測量．GPS靜態(tài)測量解算軟件采用GPSADJ基線處理與平差軟件．GPS實時動態(tài)測量（GPS-VRS測量、GPS-CORS測量、GPS-RTK測量）軟件采用工程之星3.0；用控制測量命令，設(shè)置平滑20次．

1.5 GPS-VRS測量

采用湖北GPS-VRS，用湖北七參數(shù)測出1 – 5號點(diǎn)的坐標(biāo)．

1.6 GPS-CORS測量

咸安單基站CORS的基站架設(shè)于咸寧市人民大道旁的咸寧市國土資源管理局辦公樓樓頂，處于咸安區(qū)境內(nèi)，與咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院位于同一大路的同側(cè)，相距約4 km．采用咸安單基站GPS-CORS，用咸安七參數(shù)測出1 – 5號點(diǎn)的坐標(biāo)．

1.7 GPS-RTK測量

將基站安置于1號點(diǎn)附近，以1號點(diǎn)校正，分別用咸安七參數(shù)和湖北七參數(shù)測出2 – 5號點(diǎn)的坐標(biāo)．

1.8 GPS靜態(tài)測量

分別以VRS測量結(jié)果、CORS測量結(jié)果和RTK測量結(jié)果的1、5號點(diǎn)坐標(biāo)為已知數(shù)據(jù)，采用E級GPS靜態(tài)測量，測出2、3、4號點(diǎn)的坐標(biāo)．作業(yè)調(diào)度如表1．

圖1 首級控制網(wǎng)圖

表1 GPS靜態(tài)測量作業(yè)調(diào)度表

2 結(jié)果與分析

2.1 不同形式的GPS測量選用參數(shù)不同

2.1.1 恰當(dāng)?shù)钠邊?shù)是湖北VRS測量與咸安CORS測量結(jié)果正確的前提

在限定平面精度HRMS為0.05、高程精度VSMS為0.1的情況下，分別用湖北VRS（采用湖北七參數(shù)）和咸安CORS（采用咸安七參數(shù)）對1 – 5點(diǎn)進(jìn)行控制測量，所測結(jié)果如表2．橫坐標(biāo)偏差⊿x≦4 cm，縱坐標(biāo)偏差⊿y≦6 cm，符合導(dǎo)線測量的精度要求，可視為結(jié)果正確，說明湖北VRS測量和咸安CORS測量分別應(yīng)用了恰當(dāng)?shù)钠邊?shù)．

表2 湖北VRS測量與咸安CORS測量結(jié)果(單位: m)

同樣在限定平面精度HRMS為0.05、高程精度VSMS為0.1的情況下，用湖北VRS（采用咸安七參數(shù)）對1 – 5點(diǎn)進(jìn)行控制測量，所測結(jié)果如表3．橫坐標(biāo)偏差⊿x＞5 cm，縱坐標(biāo)偏差⊿y＞33 cm，超出導(dǎo)線測量的精度要求，可視為結(jié)果有誤，說明咸安七參數(shù)對湖北VRS測量來說是不恰當(dāng)?shù)钠邊?shù)．雖然咸安七參數(shù)具有咸安具體區(qū)域性，但在咸安地區(qū)用湖北VRS進(jìn)行測量仍不能使用咸安七參數(shù)．

表3 湖北VRS測量和咸安CORS咸安測量 (單位: m)

總之，湖北VRS測量和咸安CORS測量都有自己專用的、具有具體區(qū)域性的七參數(shù)，恰當(dāng)?shù)钠邊?shù)對VRS測量和CORS測量結(jié)果至關(guān)重要，不能隨便換用，否則會帶來麻煩，甚至嚴(yán)重的錯誤．

2.1.2 七參數(shù)和校正參數(shù)是RTK測量結(jié)果正確的前提

在限定平面精度HRMS為0.05、高程精度VSMS為0.1情況下，用RTK進(jìn)行測量，采用湖北七參數(shù)，用1號點(diǎn)作為已知點(diǎn)進(jìn)行校正，獲得校正參數(shù)而啟用．提高限定精度，在平面精度HRMS為0.015、高程精度VSMS為0.03情況下，用RTK（采用咸安七參數(shù)）同法進(jìn)行測量，所測結(jié)果見表4．從表4中可看出，橫坐標(biāo)偏差⊿x＜3 cm，縱坐標(biāo)偏差⊿y＜3 cm，符合導(dǎo)線測量精度要求，可視為結(jié)果正確，說明湖北七參數(shù)和咸安七參數(shù)都適用于RTK在咸安地區(qū)的測量．湖北七參數(shù)和咸安七參數(shù)存在很大差異，在RTK測量中得到了校正參數(shù)修補(bǔ)．正因為如此，由于七參數(shù)之間存在內(nèi)在的相關(guān)性[3]，湖北七參數(shù)和咸安七參數(shù)之間定存在類似校正參數(shù)的修補(bǔ)參數(shù)．

2.2 不同形式的GPS測量精度不同

分別以湖北VRS、咸安CORS、RTK所測的1、5號點(diǎn)坐標(biāo)為已知坐標(biāo)，用GPS靜態(tài)測量方法測出2、3、4號點(diǎn)坐標(biāo)，分別與其相對應(yīng)的GPS測量形式的結(jié)果進(jìn)行校核，求出偏差，見表5．求出各形式的GPS測量結(jié)果總偏差∑⊿D，湖北VRS測量結(jié)果總偏差為0.053 m，咸安CORS測量結(jié)果的總偏差為0.094 m，RTK測量結(jié)果的總偏差為0.088 m．可見，VRS測量精度＞RTK測量精度＞CORS測量精度．VRS測量精度是GPS動態(tài)測量精度最高的，原因可能是VRS具有多基站網(wǎng)系統(tǒng)，提供了平差的模型數(shù)據(jù)．RTK測量精度高于單基站CORS測量精度的原因可能是，CORS的基站比RTK的基站遠(yuǎn)很多倍，精度隨移動站離開基站的距離增大而降低[4]．

表4 湖北VRS采用湖北七參數(shù)和咸安七參數(shù)的測量結(jié)果(單位: m)

表5 不同形式的GPS測量精度比較(單位: m)

2.3 不同精度限制的GPS測量精度不同

提高精度限制，將平面精度HRMS限定為0.015、高程精度VRMS限定為0.03，再用RTK進(jìn)行測量，再用GPS靜態(tài)測量進(jìn)行校核，與原精度（HRMS為0.05、VRMS為0.1）限定的VRS測量結(jié)果進(jìn)行比較，如表6．HRMS為0.015、VRMS為0.03的RTK測量結(jié)果的總偏差∑⊿D為0.037 m，而HRMS為0.05、VRMS為0.1的VRS測量結(jié)果的總偏差∑⊿D為0.053 m，說明提高GPS動態(tài)測量的精度限制，可以提高GPS動態(tài)測量結(jié)果的精度[5]．

表6 不同HRMS和VSMS限定下的GPS動態(tài)測量精度比較(單位: m)

3 結(jié)論與討論

選擇咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院為測量實驗區(qū)，分別用PGS靜態(tài)測量、VRS、CORS、RTK等方法對該區(qū)進(jìn)行測量，研究發(fā)現(xiàn)：不同形式的GPS測量結(jié)果所用參數(shù)不同，湖北VRS測量參數(shù)和咸安CORS測量參數(shù)不能隨便換用；相同的HRMS和VRMS限制條件下，VRS測量精度＞RTK測量精度＞CORS測量精度；提高GPS動態(tài)測量的精度限制，可以提高測量結(jié)果的精度．

但是，不同形式的GPS測量精度和效率受諸多因素影響，在實際測量過程中應(yīng)全面分析．

（1）GPS測量的垂直精度遠(yuǎn)小于水平精度．由于GPS接收機(jī)的性能和GPS測量原理的局限，從GPS接收機(jī)的技術(shù)參數(shù)可以看出，GPS測量的垂直精度遠(yuǎn)小于水平精度．一般的工程測量中，對垂直精度的要求遠(yuǎn)高于水平精度，所以本試驗沒有討論GPS測量結(jié)果中的高程．

（2）數(shù)據(jù)鏈的質(zhì)量影響RTK測量的精度和效率．本試驗中的RTK測量發(fā)現(xiàn)，除了陰天云層的不均勻性會導(dǎo)致GPS測量誤差增大以外，即使在晴好的天氣和視野開闊的地帶，在遇到高大建筑物阻礙接收電臺情況下，該測量往往發(fā)生較慢或較難出現(xiàn)固定解的現(xiàn)象，原因是數(shù)據(jù)鏈質(zhì)量影響測量精度[3]，也影響測量效率．電臺數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)荝TK測量中應(yīng)認(rèn)真考慮和認(rèn)真對待的．

（3）RTK測量的校正精度至關(guān)重要．本試驗討論的RTK測量精度只是相對校正點(diǎn)的精度，其中的誤差并不包含校正誤差，故非絕對精度．RTK測量的絕對誤差大小主要由校正誤差決定，所以在RTK測量的校正時，每一環(huán)節(jié)都要做到細(xì)致認(rèn)真，力求校正誤差最?。?/p>

[1] 王解先. 七參數(shù)轉(zhuǎn)換中參數(shù)之間的相關(guān)性[J]. 大地測量與地球動力學(xué), 2007, 27(2): 43-46.

[2] 賀英魁, 羅強(qiáng). GPS測量技術(shù)[M]. 重慶: 重慶大學(xué)出版社, 2010: 58-59.

[3] 左美蓉, 魏玉業(yè), 楊百靈, 等. GPS測量技術(shù)[M]. 武漢: 武漢理工大學(xué)出版社, 2012: 102-105.

[4] 劉經(jīng)南, 劉暉. 連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng): 城市空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報: 信息科學(xué)版, 2003, 28(3): 259-264.

[5] 劉暉. 深圳市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)的建立與試驗[J]. 測繪通報, 2003(9): 33-36.

Comparison Test on Several Forms of GPS Measurement Results

WANG Yaowu, HE Lijun, ZENG Xueli
(Department of Civil Engineering, Xianning Vocational Technical College, Xianning, China 437100)

It was discovered through comparison test of the measurement results towards static measurement of GPS as well as the measurements of VRS, CORS and RTK that the correct premise lies in the choice of proper parameters. Under the same restricted condition, VRS measurement accurancy is superior to RTK and RTK is superior to CORS. The GPS dynam ic measurement precision w ill be renhanced, if the restricted conditions of HRMS and VRMS are properly raised.

GPS Measurement; CORS; VRS; RTK

TU 198

：A

：1674-3563(2014)03-0050-05

10.3875/j.issn.1674-3563.2014.03.008 本文的PDF文件可以從xuebao.wzu.edu.cn獲得

(編輯：封毅)

2014-02-08

咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院2013年度院級科研課題(2013yjb001)

汪耀武(1982- )，男，湖北咸寧人，碩士，講師，研究方向：建筑工程測量