基于不同差分模式下手持式GPS平面定位精度的分析

郭 敏,葛小三,李春意

(河南理工大學測繪與國土信息工程學院,河南 焦作 454003)

0 引 言

手持GPS在測量工作中很有優(yōu)越性,但是在高精度要求的測量工作中還是有所欠缺,手持GPS在不同的測量模式下精度也有所不同,但最高精度也只能達到亞米級[1-3]。所以,如何將手持GPS測量精度提高并應用到高精度的測量工作中去?即如何提高手持GPS定位精度及工作效率是目前測繪工作者研究的熱點。本文從不同的定位模式著手,分析如何提高手持GPS的定位精度。

1 實 例

1.1 試驗區(qū)概況及試驗條件

河南理工大學地勢比較平坦,控制點周圍有少許水源,校區(qū)內(nèi)教學樓和辦公樓的外圍有很多已知點,這些控制點精度可以達到毫米級,控制點周圍有少許水源,實驗區(qū)能滿足測量要求。測繪工程實驗室擁有Trimble Geoxt 2005手持式GPS接收機、控制點分布圖及控制點坐標、GPS pathfinder office 后處理軟件。

1.2 試驗方案設計

包括兩種數(shù)據(jù)采集模式前的準備工作,其中坐標轉(zhuǎn)換是一項非常重要的工作。

手持GPS單點定位得到是WGS-84坐標,而用戶需要的是地方坐標,這就關系到坐標的轉(zhuǎn)換問題[1,3]。Trimble geoxt 2005 手持式GPS坐標轉(zhuǎn)換需要后處理軟件GPS pathfinder office軟件。

1)建立坐標系統(tǒng):打開GPS pathfinder office軟件,選擇坐標系統(tǒng)管理器，如圖1所示;進入坐標系統(tǒng)管理器,單擊編輯-增加橢球;輸入定義坐標系統(tǒng)的名稱“beijing54”、地球的長半軸“6378245 m”、扁率“298.3”;增加基準轉(zhuǎn)換/Molodensky,編輯“基準轉(zhuǎn)換參數(shù)”;點擊“編輯”進入增加坐標系統(tǒng)組,名稱輸入“beijing54”,點擊確定,點擊“編輯”-“增加坐標系統(tǒng)”選擇投影方式:“橫軸墨卡托投影”，添加坐標系統(tǒng),選擇新建的坐標系統(tǒng)名稱“beijing54”，再確認。在投影帶參數(shù)名稱中,可以采用投影帶中央子午線數(shù)值命名。

圖1 GPS pathfinder office界面

2)聯(lián)測高精度已知點:為求得高精度的地方坐標,根據(jù)具體情況聯(lián)測已知點,確保已知點精度高且在實驗區(qū)周圍盡量均勻分布。對于手持GPS Trimble Geoxt來說,則需要借助GPS Pathfinder Office 軟件完成。在GPS Pathfinder Office 中選擇-坐標系統(tǒng),打開重新采集已知點時創(chuàng)建的數(shù)據(jù)文件,選擇“選項”中“建立局域點”,如圖2所示,將測量點與已知點坐標添加完畢后進行解算,參差小于1 m,則證明校正成功。注意并不是把所有的已知點都加上,只要能很好地控制試驗區(qū)的范圍就可以,所以選擇的點盡量在試驗區(qū)周圍,形成控制網(wǎng)的形式,以便提高地方坐標的精度。

圖2 創(chuàng)建點向量

點擊“創(chuàng)建點”屬于要表示的點名,點擊“創(chuàng)建并應用”,這時的坐標系統(tǒng)就轉(zhuǎn)換為以點的方式體現(xiàn)當?shù)氐木钟螯c。打開“坐標系統(tǒng)管理器”,輸出到手持GPS里面,在坐標系統(tǒng)里選擇“點”,這時在野外采集的所有點要素在現(xiàn)場隨時都可以表示為當?shù)刈鴺恕?/p>

1.3 實時差分模式采集數(shù)據(jù)

實時差分是一種廣域差分技術,目的就是為了實時獲得差分衛(wèi)星所發(fā)出的實時改正數(shù)據(jù),以得到更高的精度。用手持GPS進行數(shù)據(jù)采集,采集模式選擇“實時設置”,坐標系統(tǒng)設置為建立的beijing54,高度參考設置為平均海水面,等待改正衛(wèi)星信號的獲得。新建文件并打開,在此輸入相關參數(shù)同時要選擇相關要素,進行數(shù)據(jù)采集，如圖3所示,將采集的數(shù)據(jù)輸入到電腦中,最后導入到“GPS Pathfinder Office”軟件中進行處理。

圖3 數(shù)據(jù)采集

1.4 實時差分模式數(shù)據(jù)處理

分別對這四個點進行30 s和60 s的觀測,兩次實測值及坐標差值如表1所示。選取實驗區(qū)內(nèi)已知點0601:x=3 895 500.928 m,y=431 931.921 m; 0602:x=3 895 636.017 m,y=431 912.086 m;K01:x=3 895 703.823 my=431 937.392 m; 0607:x=3 895 725.023 m,y=432 014.709 m;其中0607點在樹蔭下。

由表1可見,觀測時長對手持GPS精度是有所影響的,連續(xù)觀測30 s點位誤差可以達到2 m左右,而觀測60 s點位誤差在1 m左右,有些點位可以達到亞米級。這說明多次觀測取平均值可以減小誤差。其中0607號點距離教學樓和樹木較近,點位誤差達到5 m左右,所以樓房樹木對GPS信號的影響比較大,精度會大大降低。由此可見手持GPS在信號比較好(不受遮擋)的情況下,完全能滿足小比例尺測圖的要求。

表1 觀測時長對手持GPS實時差分精度的影響

1.5 后差分改正數(shù)據(jù)采集模式

此模式所需兩臺Geoxt手持GPS接收機,一臺手持GPS接收機做靜態(tài)觀測,接收時間不少于 30 min,首先做基準站的Geoxt手持GPS接收機開機,新建文件夾的時候文件類型要設置為“基準站”,輸入已知點的坐標,固定不動進行數(shù)據(jù)記錄[2]。接著另一部手持機開機和以上敘述的數(shù)據(jù)采集步驟一樣,記錄時間間隔設置為1 s,連續(xù)跟蹤時;要保證不少于 5 顆衛(wèi)星并且不發(fā)生衛(wèi)星失鎖的現(xiàn)象;否則導致GPS Pathfinder Office 中進行數(shù)據(jù)的差分改正出現(xiàn)問題,無法生成基準站數(shù)據(jù)。野外基準站和流動站數(shù)據(jù)采集結(jié)束后;需要在室內(nèi)完成內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。需要注意:數(shù)據(jù)采集完之后首先關閉流動站,再關閉基準站,保證基準站文件時間完全覆蓋流動站時間?；鶞收居涗洉r間間隔要與流動站一樣。手持機數(shù)據(jù)利用 GPS pathfinder office軟件中的數(shù)據(jù)傳輸功能把數(shù)據(jù)導入到計算機中。在 GPS pathfinder office中選擇功能“差分改正”,分別添加流動站文件和基準站數(shù)據(jù)文件,選擇“載波和代碼處理”進行差分數(shù)據(jù)改正。

1.6 后差分處理精度分析

將沒有差分改正前的數(shù)據(jù)精度和差分改正后的數(shù)據(jù)進行對比,可以發(fā)現(xiàn)差分改正后數(shù)據(jù)不管是水平位置精度還是垂直位置精度都有很大的提高[4-6]。數(shù)據(jù)差分改正之前,精度一般在2～3 m間變化,而進行差分數(shù)據(jù)改正之后,數(shù)據(jù)精度一般在0.5 m左右,提高了手持GPS精度,如表2所示。

表2 后差分處理有精度分析

由表2得知在基準站與流動站距離足夠近的情況下,利用差分GPS定位技術大大消除了相關的誤差,例如星鐘誤差和星歷誤差、電離層延遲和對流層延遲誤差。0607號點受樹遮擋,定位精度不太高,其它定位點的精度比實時采集模式下都大大提高,如果選擇的點不受多路徑誤差影響或影響較少,定位精度一般會在0.5m內(nèi)。0602號點就是校區(qū)東西大道上,離水面、大樹及大樓等比較遠,該點的定位精度比較高。

2 結(jié)束語

以河南理工大學已知點為依據(jù),對手持GPS數(shù)據(jù)采集模式和方法進行了探討,得出不同的環(huán)境條件、不同的模式,定位精度差別很大,只要把握好精度的要求,手持GPS在1∶50000或更小比例尺測圖中會發(fā)揮更大的作用。

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