山區(qū)建立GPS控制網的優(yōu)化方法研究

張杰

[摘要]本文主要以山區(qū)數(shù)字地形圖測量為例，通過施測一級GPS過程，就GPS控制網的測量中提高精度、減小誤差，提高測量效率的方法作了一些探討。

[關鍵詞]山區(qū) GPS控制網 誤差 優(yōu)化

[中圖分類號] P2 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-9-173-1

山區(qū)地形變化差異大，折光影響、近地面的大氣密度、待定點間通視、透明度等因素都對傳統(tǒng)的三角測量、導線測量以及高程引測帶來很大的測量障礙，也極易增大網形設計、傳算邊角觀測的誤差，影響控制測量的精度以及測量成果。而GPS測量具有全天侯、成本低、精度高的特點，特別是相對定位的精度基本上與待定點間構成網形無關以及不需通視等，使得GPS測量的靈活性更高，可有效避免傳統(tǒng)測量存在的問題，現(xiàn)已成為測量單位首選的控制測量方式。本文以山區(qū)測量為例，通過施測一級GPS過程，就GPS控制網的測量中提高精度、減小誤差，提高測量效率的方法做一些探討。

1測區(qū)概況

吉林省白山地區(qū)境內位于山區(qū)的40個村莊近9萬平方公里1：500比例尺地形圖。測區(qū)位于東經126°59′至127°10′范圍內，測區(qū)內的村莊較為分散，村莊之間距離1～10公里不等，且多分布于山岙里。測區(qū)內交通條件較好，有水泥路可通達。為更好的完成本次數(shù)字化地形圖施測，決定在測區(qū)四等以上平面控制點基礎上，直接布設一級GPS網作為基礎控制，每平方公里≥16個固定點。根據該市行政區(qū)劃圖可知施測的40個村約分布在500平方公里范圍內。根據數(shù)字化地形圖施測要求以及點位精度的考慮，本次測量決定采用南方測繪儀器公司四臺套靈銳S86

GPS測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)高程精度為10mm+2ppm*D、水平精度5mm+1ppm*D，本次施測采用靜態(tài)相對定位作業(yè)模式。

2網形設計

本次離測已獲得測區(qū)內3個2000年同網平差的已知四等控制點，采用1954年北京坐標系參考橢球幾何參數(shù)，中央子午線經度126°。此次控制網施測考慮到村莊多分布在山岙且村莊之間相距較遠的現(xiàn)狀，計劃每個村莊布設3個點，其中2個點保證通視，布設124個未知點，控制網采用點連式。為了盡量減小尺度比誤差，以及保證GPS控制網在約束平差后點位坐標精度的均勻性，將已知等級的控制點納入整網觀測，同時適當構成長邊圖形。對離已知點較遠的未知點和網邊緣的未知點采用邊連式，以增加重復基線、非同步圖形閉合條件。

3外業(yè)實施

對短基線而言，由于基線兩點距離較短，星歷誤差對短基線的兩個測站的影響基本相同，數(shù)據處理時采用差分形式，電離層和對流層對信號的延遲對基線兩端點的影響大致相同，均可忽略。總體分析，短基線測量誤差的主要來源有：地面起始點的誤差、衛(wèi)星的PDOP值、接收機的位置誤差、天線相位中心位置的偏差和多路徑誤差。

針對GPS信號的傳播誤差主要通過選擇合適站址的方式消除。本次所使用的接收機內置抑制板，可有效抑制截止高度角以下反射波，可顯著削弱多路徑誤差。但因山區(qū)地形加之村莊分布特點為滿足數(shù)字測圖需要，除依據《全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程》關于選點外，因客觀原因，部分點選擇在山坡或存在障礙的地方，且對周圍有高于10°障礙物的點繪制GPS點的環(huán)視圖。

原則上，對5公里以內基線長度觀測45分鐘，5～10公里觀測60分鐘，個別地區(qū)由負責人根據實際情況增加觀測時長。采樣間隔15秒，高度截止角15°。根據近30天內星歷預報，選擇衛(wèi)星的PDOP值較小的時段觀測，同時綜合各方面因素制定觀測計劃和每天觀測表。

對每天觀測的數(shù)據進行檢查和驗收，確認觀測數(shù)據質量符合實際。采用隨機軟件進行基線處理，以合格雙差固定解作為本次短基線處理的合格解。對于軟件未能解算出合格解的基線的處理，可改變解算條件重新解算。然后對所有解算出合格固定解的基線進行檢核：包括每個時段同步觀測的數(shù)據、重復觀測邊、同步觀測環(huán)、異步環(huán)的檢核。一旦發(fā)現(xiàn)檢核超過限差，首先分析原因，平差處理后單位權中誤差一般值為0.05周以下；短基線雙差實數(shù)解、雙差固定解之間的基線向量坐標通常要求其差小于5cm。對經過檢核以及綜合分析各種客觀因素基礎上超限的基線，進行野外返工，對點位不符合GPS測量要求而造成一個測站多次重測仍不能滿足各項限差技術規(guī)定時。在整網觀測完后重測基線、有關同步圖形或按技術設計要求另增選新點進行重測。

4結論與總結

山區(qū)地形復雜、起伏變化大，其測量誤差源多，施測中應認真分析主要誤差來源，選擇設計合適的網形，以有效減弱地形條件給GPS測量帶來的不利因素，盡可能提高測量的精度。GPS測量得到WGS84坐標系下的基線向量，而通常采用的是國家坐標系或獨立坐標系，應該首先確定GPS成果所采用的坐標系統(tǒng)合起算數(shù)據，即GPS網基準設計。若GPS測量成果需要進行坐標轉換，應該選擇或聯(lián)測足夠多的兩坐標系的公共點，一般大于3，以保證坐標系轉換參數(shù)的精度和可靠性；起算點數(shù)目越多，GPS網和原有網的吻合越好，但會損失現(xiàn)有GPS網的測量精度，起算點為3～5個時，既能保證兩坐標系的一致，又可保證GPS網的測量精度；起算點在GPS網中應該均勻分布，避免分布在網中的一側；起算方位不宜過多，可以布設在網中的任意位置GPS網得到大地高，聯(lián)測水準高程后才能將高程轉換為正常高。水準聯(lián)測點應均勻分布整個測區(qū)，未知點正常高程的求解應采用內插的方法。由于點間不需要通視，且點位精度主要取決于衛(wèi)星與測站間的幾何網形、觀測數(shù)據質量和數(shù)據處理方法，因此GPS網的設計主要取決于用戶的要求和用途。本次測量，GPS控制網主要采用了點連式和邊連式，均屬于同步圖形擴展式，具有測量速度快、方法簡單、圖形強度較好等優(yōu)點。但對于高精度控制網易采用網連式，但網連式至少需要4臺GPS接收機，全對圖形的條件要求很強且成本較高。而混連式相鄰兩個同步圖形可能通過點、邊、網等形式連接，自檢性和可靠性較好，能有效發(fā)現(xiàn)粗差，在GPS工程控制網中廣采用。

參考文獻

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