GPS—RTK在線狀建設(shè)用地測量中的應(yīng)用研究

李金亮++王蘇云++牛紅艷++肖元東

摘 要：GPS-RTK也即所謂的高精度全球定位系統(tǒng)，其采用實時差分解算，可得到實時厘米級的測量精度。GPS-RTK在現(xiàn)狀建設(shè)用地測量中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，但使用過程中也需要進行誤差控制與正確模式的選擇。在這種背景下，本文在對相關(guān)理念進行概述的基礎(chǔ)上，分析了對流層延遲模式誤差、電離層延遲模式的評估及數(shù)值密度模型的建立等方面的內(nèi)容，并給出了相應(yīng)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK 線狀 建設(shè)用地 測量 應(yīng)用

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（c）-0053-01

1 全球定位系統(tǒng)及其在線狀建設(shè)用地的應(yīng)用概述

高精度全球定位系統(tǒng)（GPS-RTK），近十年來在世界各地被廣泛研究，并應(yīng)用于各種不同的領(lǐng)域，如水平變形偵測、水平控制點測量、國家級三角網(wǎng)控制及補強等。高精度GPS測量所得的結(jié)果是三度空間的坐標，一般而言，水平向精度約3倍于普通垂直測量精度。

在線狀建設(shè)工程的選址中，應(yīng)充分利用區(qū)域內(nèi)空閑地、閑置宅基地等存量建設(shè)用地。因此，借助于土地的勘測定界工作（用GPS衛(wèi)星定位），最后可以形成現(xiàn)場勘查報告，從而提升線狀地物區(qū)域的土地使用效率。

2 應(yīng)用過程中的對流層延遲模式誤差分析

2.1 誤差

高精度GPS衛(wèi)星信號自兩萬公里高空經(jīng)大氣層傳給至地表。GPS信號經(jīng)過對流層由折射效應(yīng)會產(chǎn)生延遲。而對流層的折射誤差影響著高精度GPS所選取的最低仰角，具有放大作用，也即影響高精度GPS的不僅是對流層折射誤差，而且還有觀測最低角度的放大效應(yīng)。具體來看，包括如下內(nèi)容：一是氣壓誤差對高精度GPS高程的影響。氣壓誤差影響高精度GPS高程情形，在不同裁角時有不同的影響率，且氣壓誤差對高程影響，不受溫度及相對濕度的影響。二是相對濕度誤差對高精度GPS高程的影響。相對濕度誤差對高精度GPS高程的影響，與壓力、相對濕度的值多少無關(guān)，僅與溫度值、相對濕度誤差量與計算時的裁角有關(guān)，隨著濕度值增加而放大了相對濕度誤差對高精度GPS高程的影響率。三是溫度誤差對高精度GPS高程的影響。溫度誤差所產(chǎn)生的高精度GPS高程誤差量，不僅隨溫度誤差增加而呈非線性增加，且還隨濕度增加而呈正比放大，更隨溫度增加策劃呈現(xiàn)出非線性的放大。因此，以回歸方式求得高程誤差可用裁角、溫度、濕度及溫度誤差的函數(shù)加以表示。

2.2 氣象誤差造成高精度GPS高程偏差的改進方法

為解決以上所述各種氣象誤差所造成的高精度GPS高程偏差情形，可采用對流層附加參數(shù)法，即在處理對流層偏差時，根據(jù)模擬狀況，每站給予附加參數(shù)，以吸收殘留的對流層偏差。在具體的應(yīng)用中，為了探討每一測站的附加參數(shù)多少，及其與高精度GPS高程精度提升的關(guān)系。應(yīng)在每站每天（24 h）分別附加1、2、3、4、6、8、12及24個對流層天頂向殘差附加參數(shù)，計算每天各測站的高程，比較附加參數(shù)多少與提升GPS高程精度的關(guān)聯(lián)。因此，建議在處理24 h資料時，應(yīng)考慮3個附加參數(shù)，也即每8個小時添加一個附加參數(shù)。參數(shù)越多在理論上越能吸收殘差，但參數(shù)過多時，因弱化了法方程式的求逆解，也對未知數(shù)的求解不利。

3 應(yīng)用中的電離層延遲模式的評估及數(shù)值密度模型的建立

3.1 電離層延遲模式的評估

由于線狀地物區(qū)域所含電子量變化很大，因此，對于無線電信號的傳送會造成不穩(wěn)定的影響，一般認為此效應(yīng)會造成約1米左右的定位誤差。因而有必要特別針對該誤差加以探討，并建立適當(dāng)?shù)男拚Ｊ?，提供單頻接收儀使用者使用，而這也可提高其可靠度及可用性。目前各界對電離層延遲所產(chǎn)生的誤差研究而言，認為可利用雙頻接受儀所接收的LI、L2或Pl、P2的組合，即可將該效應(yīng)排除。然而，這是使用雙頻接收儀始可采用的方法，對于單頻接收義的使用者而言，目前只能采用衛(wèi)星廣播中所提供的修正模式改善，這一模式為全球性的修正模式，其改正的有效性使約60%。因此，可以以現(xiàn)有的修正模式為基礎(chǔ)，運用統(tǒng)計學(xué)中構(gòu)建模式的方法，配合時間序列（Time Series）的觀念，建立起適合線狀地物區(qū)域性電離層延遲效應(yīng)修正模式。

3.2 線性地物區(qū)域數(shù)值密度模型的建立

在物理大地測量中，必須要有大地水平面（Geoid）上的重力值，才能和橢圓體（ellipsoid）上對應(yīng)點的正常重力值做比較，以精確決定大地水平面，進而開展重力值的內(nèi)插、外插及地殼調(diào)查。因此，將地表點位所測得的重力值進行重力歸算（Gravity Reduction）是必要的。要進行重力歸算，需要用地表的密度。但由于精確的密度值，需要知道地層構(gòu)造的詳細狀況，十分不易得到，故常視地層密度為均勻，以2.67 g/cm3常數(shù)代入計算。建立數(shù)值密度模型，目的在探討應(yīng)用地質(zhì)圖的信息，提供密度值化算，最終應(yīng)用于重力計算。數(shù)值密度模型與數(shù)值地形、數(shù)值高程模型相仿，一方面對原始的地圖資料采用數(shù)值形式，增加計算使用的方便性，并且可改善由于傳統(tǒng)類比圖圖紙的伸縮變形所造成的日后使用時所產(chǎn)生的誤差；再者，因結(jié)果為數(shù)值形式，對于資料的修正、管理與保存，都相當(dāng)方便。

4 研究發(fā)現(xiàn)

一是在高溫及高濕是下，氣象誤差對高精度GPS高程影響較大，故進行高精度GPS觀測時，宜選擇較有利的大氣情況下進行，如在晴朗的夜間觀測，不僅因大氣容易模式化，且可降低大氣誤差所產(chǎn)生的放大效應(yīng)，提高GPS觀測精度。裁角越大，氣象對高程影響相對較小，但裁角大時，則觀測量也舍去較多，同時也弱化了方程式，對求解未知數(shù)是不利的，一般而言，裁角的選擇，宜以15°或20°較為適當(dāng)。二是附加對流層天頂向參數(shù)及映射函數(shù)可有效改善對流層成差所造成GPS系統(tǒng)偏差，約可改善90%以上，修正時并不一定要采用計算過程較為復(fù)雜的六參數(shù)模式方可得到較好的成效，反而是形式較簡單的三參數(shù)或四參數(shù)模式能夠提供較穩(wěn)定的修正能力。三是對于電離層延遲模式的建構(gòu)，根據(jù)所算得決定系數(shù)與經(jīng)過F檢驗所得到的結(jié)果，可以得知運用90 s取樣間隔所構(gòu)建的修正模式，確實可對全電子含量在一天內(nèi)各時刻的變化情形，提供相當(dāng)高比例的預(yù)測能力，同時預(yù)測值與觀測值兩者間的統(tǒng)計關(guān)系也相當(dāng)明確，再經(jīng)進一步的評估及試驗后，可以發(fā)現(xiàn)運用新建模式確時可以得到有效的修正，并可以確認該區(qū)域性修正模式的確可對線性地物區(qū)域受電離層返延效應(yīng)影響的高精度GPS觀測量，提供80%以上的修正效益，比目前廣播信息中所采用的全球性修正模式所能提供50%～60%的效益提升很多。四是完成的線性地物區(qū)域數(shù)值密度模型，在資料的儲存，更新及管理上，都相當(dāng)方便，再配合數(shù)值地形模型，即可對地表實測得到的點位重力值進行重力歸算，進而可推導(dǎo)出大地水平面及其他重要的物理大地測量相關(guān)資料。五是在高精度GPS軌道計算方面，通過網(wǎng)絡(luò)取得追蹤資料，配合線性地物區(qū)域的連續(xù)觀測資料，采用調(diào)整衛(wèi)星軌道方式計算，所得基線解精度要比使用廣播衛(wèi)星或IGS衛(wèi)星計算結(jié)果更好，因此，結(jié)合基準站的觀測資料來調(diào)控衛(wèi)星軌道以增進基線解的精度是一項可行的方法。

參考文獻

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