GPS準動態(tài)測量及精度分析

李志軍

摘要：隨著時代的進步，我國測繪事業(yè)也開拓了更大的發(fā)展空間，其中以空間大地測量技術(shù)為推動其進步的主要主力。在進行空間大地測量中，人們大多數(shù)采用GPS準動態(tài)測量技術(shù)，因為GPS準動態(tài)測量技術(shù)不但能夠滿足與空間大地測量相關(guān)的規(guī)范和要求，而且與其它測量技術(shù)相比，更加節(jié)約時間、節(jié)約資源、效率高。本文就GPS準動態(tài)測量技術(shù)的測量方式、精度分析及其優(yōu)缺點進行探討。

1.GPS準動態(tài)測量技術(shù)的特點和測量方法

1.1 GPS準動態(tài)測量技術(shù)的特點

與GPS RTK測量技術(shù)相比，GPS準動態(tài)測量技術(shù)有以下特點：在利用GPS準動態(tài)測量技術(shù)進行野外數(shù)據(jù)采集時，它可以和GPS RTK測量技術(shù)一樣在待測點上只需要對幾個歷元進行觀察就可以得出結(jié)論，可是GPS RTK測量技術(shù)在觀察時需要進行數(shù)據(jù)鏈通訊，然而GPS準動態(tài)測量技術(shù)卻不需要。因此，GPS準動態(tài)測量技術(shù)被廣泛用于路線測量、圖根測量、剖面測量、大比例地形碎部測量等一些沒有通信數(shù)據(jù)鏈測區(qū)域而且對于精確定位結(jié)果不太著急的工程測量中。

1.2 GPS準動態(tài)測量技術(shù)的測量方法

在進行測量之前，測量者可以通過利用所掌握的測區(qū)附近的資料的方法來求取測量對象準確的轉(zhuǎn)換參數(shù)。而后把GPS基準站架設在測區(qū)內(nèi)的已知控制點中，然后對每一個流動站的GPS準動態(tài)測量器進行靜態(tài)初始化。在進行完初始化后，各個流動站就可以采集測區(qū)的碎部點，而且只需要五到十秒就可以采集完成一個碎部點。測量人員在移動測量儀器時要保證儀器的初始化不丟失，因為只有這樣才可以對測區(qū)進行持續(xù)的數(shù)據(jù)采集，只要在某一個點初始化丟失，測量人員就要再次對儀器進行初始化。不管是測量之前還是測量完成抑或測量過程中，只要得出測區(qū)某一碎部的測量結(jié)果，就要對其進行坐標檢核。在完成測區(qū)的數(shù)據(jù)采集后，測量人員還要進行基線解算、網(wǎng)平差等方式對數(shù)據(jù)進行處理，然后把求取的數(shù)據(jù)和事先在測區(qū)測取的轉(zhuǎn)換參數(shù)相結(jié)合，進行坐標轉(zhuǎn)換，最后各個測量點的三維坐標值就可以被求出。

2.GPS準動態(tài)的測量精度分析

從理論上講，GPS準動態(tài)測量技術(shù)可以達到厘米級別的定位精度。靜態(tài)初始化是保證GPS準動態(tài)測量在不斷運動中取得厘米級測量誤差的主要因素。利用GPS準動態(tài)測量技術(shù)只需八到十分鐘就可以完成20千米以內(nèi)測區(qū)的測量結(jié)果。完成了靜態(tài)初始化以后，測量人員就可以適當?shù)囊苿覩PS天線來進行GPS準動態(tài)測量。在移動的過程中，想要保證測量結(jié)果有很高的精確度，就要在移動GPS時保證衛(wèi)星定位不中斷?？墒窃谝苿拥倪^程中，一旦衛(wèi)星中斷，那么定位的精準度就會大大減弱，這時，檢測人員就要對GPS再次進行初始化。只有保證在測量時有五顆以上的衛(wèi)星且流動點與基準線之間有20千米以內(nèi)的距離才可以利用這種檢測方式。為了對測驗的數(shù)據(jù)進行可靠性和精準度的分析，大多數(shù)工程部門在進行工程作業(yè)之前都會用GPS準動態(tài)測量技術(shù)來對測區(qū)附近已知的GPS點進行三維坐標測量，監(jiān)測點精度等級為GPS D級，其高程精度達到四等水準點精度。

3.影響GPS準動態(tài)測量技術(shù)測量精度的因素

3.1 測區(qū)坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)求解

基準點的精度、密度和分布狀況都在很大程度上影響著坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解。所以，在測量時要選取在測區(qū)周圍均勻分布著的且精度高的控制點。從GPS準動態(tài)測量技術(shù)現(xiàn)在的的發(fā)展水平來看，一般規(guī)定每一個測區(qū)最好選取3個到6個基準點。在取點結(jié)束后，工作人員應該選取多個不同的基準點的匹配方案，并且應用多種坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法來計算，最后把計算出的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)進行比較，從中選取殘差最小、精度最高并且能夠把整個測區(qū)都能夠檢測起來的參數(shù)。因為已知點兩套坐標的精度和測區(qū)內(nèi)點位的分布狀況都關(guān)系著坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)求解后的結(jié)果，因此，可以說坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)具有一定的區(qū)域性，所以它只能夠?qū)θΧǖ膮^(qū)域和與其相近的外側(cè)區(qū)域進行監(jiān)測。

3.2 選擇適合的坐標轉(zhuǎn)換方式

近些年來，被廣泛應用的坐標轉(zhuǎn)換方法有兩種（兩種的種類名稱）：赫爾墨忒轉(zhuǎn)換法是其中一種，它的工作原理是：坐標從WGS84基準到地方橢球基準之間的轉(zhuǎn)換，它是利用地圖投影的原理，從而得到想要的網(wǎng)格坐標；把WGS84坐標直接轉(zhuǎn)換成地方網(wǎng)格坐標是坐標轉(zhuǎn)換最直接的方式。測區(qū)已知點的分布狀況和需要監(jiān)測結(jié)果的精準度是決定測量人員選擇哪一種坐標轉(zhuǎn)換方法的重要因素。一般來說，當監(jiān)測人員并沒有得到精確的橢球和地圖投影信息，最常見的是選取將WGS84坐標轉(zhuǎn)換成地方網(wǎng)格坐標的轉(zhuǎn)換方式。

3.3 選擇適合的野外作業(yè)方法

如果是由于控制點精度較低或者是分布不均勻的原因造成測區(qū)求解后的轉(zhuǎn)換參數(shù)精度低，可以得出結(jié)果后在測區(qū)架設兩臺基準站來彌補因控制點精度低而導致轉(zhuǎn)換參數(shù)精度較低的問題。其中具體做法如下：在基準站的選取上，在測區(qū)內(nèi)選取兩個相距2千米到5千米左右的測量區(qū)域而且是測量結(jié)果中精度最高的控制點，然后在這兩個控制點上分別架設一臺GPS準動態(tài)基準站，其它的流動站GPS和上一次測量一樣進行準動態(tài)數(shù)據(jù)采集。最后進行采集的數(shù)據(jù)處理，架設的兩個基準站采集的所有基線都要進行求解，并且對這兩個點進行網(wǎng)平差計算，如此一來，求解出的結(jié)果精準度就會有所提高，而且比之前的數(shù)據(jù)更加具有代表性，最終對這兩個基準站測量出的結(jié)果進行參數(shù)轉(zhuǎn)換。

3.4 后續(xù)數(shù)據(jù)處理方式

在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中求解基線時要保證整周未知數(shù)都能夠被準確的解出，以此來保證GPS準動態(tài)測量具有較高的精準度。如果整周未知數(shù)解出的結(jié)果與與實際不符或者根本解不出來，該點的檢測數(shù)據(jù)就應該被舍棄或者被重新測量。在數(shù)據(jù)的后續(xù)處理中，剔除基線解粗差是其必要解算環(huán)節(jié)，它是保證測區(qū)點位擁有較高精準度和可靠性的主要前提。

4.造成GPS準動態(tài)測量誤差的因素及其預防措施

在對GPS準動態(tài)測量進行精度分析時，筆者認為有以下四個影響測量結(jié)果的主要因素：

（1）進行參數(shù)轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的誤差

在進行數(shù)據(jù)的參數(shù)轉(zhuǎn)換時，轉(zhuǎn)換參數(shù)產(chǎn)生的誤差在很大程度上對監(jiān)測結(jié)果會產(chǎn)生影響。如果在轉(zhuǎn)換參數(shù)時，計算出的結(jié)果是錯誤的或者有很大的誤差，不管測區(qū)中每個測點檢測得出的結(jié)果多么的精確，其最終的結(jié)果都會是錯誤的。因此，在進行參數(shù)轉(zhuǎn)換時，所選擇的轉(zhuǎn)換點必須要均勻的分布于測區(qū)的周圍，而且在進行參數(shù)轉(zhuǎn)換時要選擇多組數(shù)據(jù)，而后進行分析，以此來減少甚至避免粗差和錯誤的產(chǎn)生。

（2）基準站位置選取不合理

監(jiān)測時，基準站沒有架設在測區(qū)的中心區(qū)域，或者基準站的周圍存在一些干擾衛(wèi)星信號和無線電波發(fā)射物體等，都會對觀測的數(shù)據(jù)造成影響。因為基準站架設位置的準確與否直接影響著觀測的結(jié)果。

（3）作業(yè)人員操作器械產(chǎn)生的誤差

當作業(yè)人員對接收機進行對中、整平等操作時，或多或少會產(chǎn)生一些數(shù)據(jù)誤差。通過提高作業(yè)人員的觀測水平、一個點進行多次觀測等方法都可以降低操作產(chǎn)生的誤差。

5. GPS準動態(tài)測量技術(shù)的觀測建議

5.1盡量縮短測區(qū)中參考站與流動站之間的距離。

隨著觀測距離的拉長，觀測誤差也會隨之增加，然而增加的多少則由轉(zhuǎn)換參數(shù)能夠控制的范圍和精度決定的。所以，在觀測時應該盡可能的縮短參考站與流動站之間的距離，以如今的技術(shù)來看，兩站的距離在3千米到五千米之間為宜。

5.2 謹慎的選取坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)控制點

在進行測區(qū)坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)求解時，要選取精度高的控制點而且盡可能的避免“外推”點的選取，以此來保證最終得出的結(jié)果最為精確。

5.3 選取開闊的測區(qū)

在測區(qū)的選擇上，要盡可能的選擇寬廣的地方，而且測點的選取應該盡量的避免障礙物，要保證至少有五顆衛(wèi)星的前提下進行測量，否則測量的精度將會大大減弱。

結(jié)語：總而言之，GPS準動態(tài)測量技術(shù)雖然有一些缺陷，可是經(jīng)過以后的精化和操作人員的細致操作，測量的結(jié)果一定會更加精確。而且GPS準動態(tài)測量技術(shù)在今后很長一段時間內(nèi)都會有非常廣泛的應用，而且發(fā)展前景也是相當?shù)膹V闊。