GPS定位技術(shù)在精密工程測量中的運(yùn)用研究

呂超武

摘 要：文章介紹GPS測量技術(shù)的構(gòu)成以及基本原理，分析GPS定位技術(shù)在精密工程測量中表現(xiàn)出的技術(shù)特性和優(yōu)缺點(diǎn)，在對應(yīng)用GPS定位技術(shù)進(jìn)行精密工程測量時(shí)的誤差來源進(jìn)行分析之后，提出了相應(yīng)的減少誤差的有效措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：GPS定位技術(shù) 精密工程測量 應(yīng)用

1引言

近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大型工程建設(shè)的數(shù)量也在不斷增加，且對工程測量的精度也提出了更高的要求。而且隨著工程測繪技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，GPS定位技術(shù)開始逐漸在工程測量中廣泛應(yīng)用，對于提高工程測量的精度具有重要作用。這主要是由于GPS定位技術(shù)對空間衛(wèi)星優(yōu)勢進(jìn)行充分利用，可以對地理空間中的測量點(diǎn)進(jìn)行尋找和確定，而且在整個(gè)過程中具有較強(qiáng)的抗干擾性能和保密性能，可以保證工程測量實(shí)時(shí)性和持續(xù)性的要求，相較于傳統(tǒng)的測量技術(shù)，GSP定位技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用表現(xiàn)出航空還有資源調(diào)查上的優(yōu)勢。

2 GPS測量技術(shù)的主要構(gòu)成

GPS測量技術(shù)所用的測量設(shè)備主要是由進(jìn)行測量的終端設(shè)備也就是計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)處理軟件，還有對GPS信號進(jìn)行接收的接收機(jī)等組成。而對于所利用的GPS空間衛(wèi)星系統(tǒng)來說，其主要有24顆衛(wèi)星組成，其中的21顆衛(wèi)星是用來工作，而剩余3顆衛(wèi)星則是進(jìn)行軌備只用。這24顆衛(wèi)星在在相應(yīng)的軌道面內(nèi)進(jìn)行平均分配。在對于地面設(shè)備來說，則主要就是GPS監(jiān)控站，其中通常有5個(gè)檢測站、3個(gè)注入站以及1個(gè)主控站來組成。此種技術(shù)在工程測量工作中應(yīng)用時(shí)，表現(xiàn)出可以在全天任何時(shí)候進(jìn)行測量而不受到白天和黑夜等光線問題影響的特點(diǎn)，而且具有較高的測量精度，可以將觀測1h左右的誤差控制在1mm以內(nèi)。而且此技術(shù)對測站之間的通視要求也比較低，通常不會(huì)由于天氣以及地形等因素而影響測量精度，表現(xiàn)出具有較高抗干擾性以及可靠性的優(yōu)點(diǎn)。

3 GPS測量的技術(shù)特性

3.1公共誤差的抵消

在GSP定位技術(shù)應(yīng)用中，由于工程建設(shè)的范圍比較小，以及具有比較短的網(wǎng)中基線邊，在此范圍內(nèi)使用GPS接收機(jī)的衛(wèi)星信號也通常具有相應(yīng)相同的誤差特性，通過差分結(jié)算就可以對普遍存在的公共誤差進(jìn)行抵消，然后通過合理的觀測方案和規(guī)范的設(shè)計(jì)就可以實(shí)現(xiàn)觀測成果精準(zhǔn)度的提高。

3.2精密衛(wèi)星星歷的使用

在GPS定位技術(shù)應(yīng)用中可以采用精密衛(wèi)星星歷來進(jìn)行精密定位工作，這樣就可以對GPS衛(wèi)星軌道參數(shù)、衛(wèi)星軌道信息等多種信號分量進(jìn)行包括，實(shí)現(xiàn)觀測值精準(zhǔn)度的進(jìn)一步提高，實(shí)現(xiàn)測量誤差的有效控制。

3.3 WGS-84坐標(biāo)的使用

在使用GPS定位技術(shù)進(jìn)行精密工程測量時(shí)，可以對WGS-84坐標(biāo)進(jìn)行利用，在確保觀測方法合理的前提下，通過一定的數(shù)據(jù)處理技術(shù)經(jīng)過網(wǎng)平差之后可以大大提高GPS點(diǎn)的相對定位精度，實(shí)現(xiàn)毫米級的精度甚至是可以達(dá)到亞毫米級的精度。

3.4通視要求低且工作點(diǎn)選擇靈活

在采用傳統(tǒng)的工程測量技術(shù)時(shí)，對于相鄰的觀測工作點(diǎn)之間具有較高的通視要求，因此在對觀測工作點(diǎn)進(jìn)行選擇時(shí)則具有較多的約束條件而增加選擇的難度，更多時(shí)候需要增加觀測點(diǎn)來滿足要求，這就增加了工作量。而使用GPS定位技術(shù)則沒有這一要求，這就可以靈活選擇工作點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了工作強(qiáng)度的降低。

3.5全天候自動(dòng)化觀測

由于GPS定位系統(tǒng)為一種單程系統(tǒng)，只需要做好GPS信號的接收工作即可，而且此種方法不會(huì)受到白天和夜晚的限制，而且也可以在小雨或者有霧的天氣情況下及逆行測量。此外，在進(jìn)行外業(yè)觀測時(shí)還具有操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，可以通過計(jì)算機(jī)來對自動(dòng)完成信號的內(nèi)業(yè)處理工作，實(shí)現(xiàn)測量效率的提高以及成本的降低。

4 GPS精密工程測量的誤差來源及相應(yīng)措施

4.1 誤差來源

在應(yīng)用GPS定位技術(shù)進(jìn)行精密工程測量時(shí)，其測量誤差來源主要有以下幾個(gè)方面：一是與衛(wèi)星存在的相關(guān)聯(lián)的誤差。二是與衛(wèi)星信號傳播有關(guān)的誤差。其主要就是由于在衛(wèi)星信號傳播過程中存在的載波相位周跳或者是多路徑效應(yīng)等原因而引起的誤差問題。第三種就是與接收設(shè)備有關(guān)系的誤差。此種誤差主要是在對接收設(shè)備中的數(shù)值進(jìn)行觀測時(shí)出現(xiàn)的分辨誤差，以及由于接收機(jī)鐘差或者是接收天線相位中心存在位置偏差而引起的誤差等。

4.2誤差控制措施

4.2.1使用多臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行同步觀測來對觀測值進(jìn)行求差。針對存在相對較短的基線邊的精密工程測量，為了滿足其精密測量的要求，針對衛(wèi)星與接收機(jī)之間的誤差以及衛(wèi)星軌道誤差來說，可以通過多臺(tái)接收機(jī)來進(jìn)行同步觀測，然后對存在相同或者相似誤差特性的誤差進(jìn)行抵消，然后對臺(tái)接收機(jī)同步觀測值進(jìn)行求差。

4.2.2進(jìn)行觀測值改正模型的構(gòu)建。為了對部分觀測值誤差進(jìn)行進(jìn)一步的修正，需要進(jìn)行觀測值改正模型的構(gòu)建，主要就是包括對衛(wèi)星軌道偏差進(jìn)行表征的改正模型，以及電離層模型、對流層模型和接收機(jī)鐘差改正模型等。

4.2.3采用雙頻觀測的方法。由于電離層通過信號頻率函數(shù)的方式來對GPS衛(wèi)星信號進(jìn)行干擾，為了分析和確定上述影響，可以通過頻率各不相同的電磁波信號來進(jìn)行觀測，然后對觀測值進(jìn)行進(jìn)一步的修正。

4.2.4使用精密衛(wèi)星星歷。在確保觀測方案合理的前提下，需要對衛(wèi)星條件進(jìn)行合理選擇，盡量選擇比較好的條件下進(jìn)行觀測，實(shí)現(xiàn)GPOP和PDOP值的進(jìn)一步減小。

4.2.5采用長時(shí)間以及多時(shí)段的持續(xù)觀測方式。通常不同的精準(zhǔn)度對于一條基線上相對定位所需要的觀測時(shí)間也會(huì)有所不同，在使用靜態(tài)定位的方法，可以適當(dāng)采用長時(shí)間以及多時(shí)段的持續(xù)觀測方式，通?？梢赃M(jìn)行持續(xù)1～3h的觀測，而且同時(shí)應(yīng)該使用2個(gè)時(shí)段進(jìn)行觀測。

4.2.6合理選擇觀測點(diǎn)。在進(jìn)行觀測點(diǎn)選擇時(shí)，應(yīng)確保其具有良好的衛(wèi)星觀測條件，避免信號噪聲、多路徑效應(yīng)以及信號遮擋等因素的影響。在測量中出現(xiàn)個(gè)別衛(wèi)星在某個(gè)時(shí)間段失常的問題，應(yīng)該進(jìn)行刪除之后再進(jìn)行基線向量解算工作。

5結(jié)語

在目前越來越多的精密工程測量工作中，采用GPS定位技術(shù)相較于傳統(tǒng)的測量技術(shù)具有顯著的測量精準(zhǔn)度、適用性、測量效率和質(zhì)量方面的優(yōu)點(diǎn)。針對其存在的技術(shù)特性尤其是優(yōu)點(diǎn)，在對影響其測量精度的因素以及誤差來源進(jìn)行分析之后，可以對測量方式進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)測量精度的進(jìn)一步提高。

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