礦山地形測(cè)量中GPS 誤差分析及控制策略

黃先輝，王 煜，張 軍

（江西省贛西土木工程勘測(cè)設(shè)計(jì)院，江西 宜春 336000）

當(dāng)今GPS系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，具有科學(xué)、實(shí)時(shí)、高效、快速的特點(diǎn)，可達(dá)厘米級(jí)的測(cè)量精度，因此其被廣泛運(yùn)用在包括礦山地形測(cè)量等在內(nèi)的眾多測(cè)量領(lǐng)域中，為測(cè)量工作的順利開(kāi)展提供了重要幫助。同時(shí)由于實(shí)際測(cè)量工作存在一定的不確定性，如果受到不必要的干擾影響將會(huì)有GPS測(cè)量誤差產(chǎn)生。需對(duì)礦山地形測(cè)量中GPS誤差進(jìn)行分析，尋找切實(shí)可靠的控制策略方法，進(jìn)而減少甚至消除誤差，從而保障測(cè)量成果的高效性和高精確度。

1 礦山地形測(cè)量中的GPS誤差分析

1.1 定位誤差

在礦山地形測(cè)量中所產(chǎn)生的GPS誤差之一便是差分GPS平面定位誤差。事實(shí)上在采用GPS進(jìn)行礦山地形測(cè)量的過(guò)程中，通過(guò)在選取的陸地以及測(cè)船上分別設(shè)置基準(zhǔn)站以及流動(dòng)接收站，并將其連接至數(shù)字探測(cè)儀[1]。在已知部分基準(zhǔn)站坐標(biāo)下，獲取定位結(jié)果改正值，隨后通過(guò)利用數(shù)據(jù)差分電臺(tái)向流動(dòng)站傳輸改正數(shù)據(jù)，使其可以依據(jù)具體的接收情況對(duì)定位結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)改正從而有效明確坐標(biāo)位置。但在基準(zhǔn)站與移動(dòng)站GPS接收機(jī)之間往往會(huì)存在誤差，在使用差分技術(shù)下可以在一定程度上消除公共誤差，增加移動(dòng)臺(tái)動(dòng)態(tài)定位的精準(zhǔn)性。偽距差分以及載波相位差分應(yīng)用中，在站間距離的不斷變長(zhǎng)下，誤差也會(huì)隨之增加。

1.2 時(shí)間延遲

經(jīng)過(guò)移動(dòng)臺(tái)在完成基準(zhǔn)站差分信號(hào)的接收后，對(duì)差分進(jìn)行相應(yīng)改正并進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算后即可對(duì)移動(dòng)臺(tái)位置進(jìn)行有效明確。在這一過(guò)程中，只有經(jīng)過(guò)計(jì)算基準(zhǔn)站差分改正數(shù)，才可以使得移動(dòng)臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行發(fā)射和差分信號(hào)的接收，從而完成衛(wèi)星觀測(cè)以及改正差分，對(duì)位置信息進(jìn)行發(fā)送，最終由計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)相關(guān)信號(hào)進(jìn)行接收。但在此過(guò)程中也比較容易出現(xiàn)差分GPS時(shí)間延遲，在計(jì)算差分改正數(shù)的過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)才能到達(dá)移動(dòng)臺(tái)數(shù)傳機(jī)，在轉(zhuǎn)換數(shù)模下使得進(jìn)入移動(dòng)臺(tái)GPS接收機(jī)時(shí)間出現(xiàn)延長(zhǎng)的情況。而在經(jīng)由接收機(jī)處理計(jì)算移動(dòng)臺(tái)GPS接收機(jī)差分信號(hào)，并將其傳輸至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)同樣能夠?qū)崿F(xiàn)延長(zhǎng)計(jì)算與存儲(chǔ)時(shí)間。

如果系統(tǒng)運(yùn)用事后差分法，此時(shí)在導(dǎo)航軟件當(dāng)中通常會(huì)將移動(dòng)臺(tái)記錄定位數(shù)據(jù)中的時(shí)間系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)時(shí)鐘進(jìn)行表示?；鶞?zhǔn)站在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)便是UTC時(shí)間。在后期對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并的過(guò)程中，如果計(jì)算機(jī)時(shí)鐘同UTC時(shí)間之間存在偏差，則會(huì)使得時(shí)間系統(tǒng)中的基準(zhǔn)站與移動(dòng)臺(tái)數(shù)據(jù)之間出現(xiàn)誤差。

2 控制礦山地形測(cè)量GPS誤差的對(duì)策建議

2.1 合理設(shè)置基準(zhǔn)站

通過(guò)結(jié)合當(dāng)前我國(guó)礦山地形測(cè)量工作開(kāi)展情況可知，測(cè)量人員通常會(huì)將控制點(diǎn)布置在岸上，隨后進(jìn)入到觀測(cè)階段。從理論上來(lái)說(shuō)，將地上測(cè)量同礦區(qū)地下地形觀測(cè)進(jìn)行充分結(jié)合，不僅有助于減少觀測(cè)用時(shí)，同時(shí)也有利于減小誤差，提高觀測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。礦山地形觀測(cè)中所需的人力、物力等也能夠得到相應(yīng)控制，在基準(zhǔn)站差分信號(hào)輻射區(qū)域當(dāng)中，GPS接收設(shè)備大約進(jìn)行120s的初始化，便可以使得RTK進(jìn)入到正常工作狀態(tài)[2]。

通過(guò)結(jié)合實(shí)際情況在合理設(shè)置控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上運(yùn)用RTK工作模式，一方面可以使得用戶(hù)只需要根據(jù)流動(dòng)臺(tái)GPS的實(shí)際工作狀況便可以對(duì)布設(shè)控制點(diǎn)進(jìn)行有效控制，確保布設(shè)的各個(gè)水位觀測(cè)點(diǎn)均具有較高的合理性，為有效開(kāi)展礦山地形測(cè)量工作奠定堅(jiān)實(shí)良好的基礎(chǔ)。另外，其同樣也有助于縮短定位時(shí)間，僅僅只需要120s，GPS接收設(shè)備在基準(zhǔn)站差分信號(hào)輻射區(qū)域內(nèi)進(jìn)行初始化便可以對(duì)整周模糊度進(jìn)行有效確定，進(jìn)而順利完成定位工作。

加之其精準(zhǔn)度較高的重要優(yōu)勢(shì)，使得雙頻接收設(shè)備在實(shí)現(xiàn)RTK工作模式下便可以精準(zhǔn)定位，其定位精準(zhǔn)度可以達(dá)到毫米級(jí)，對(duì)于控制礦山地形測(cè)量中GPS誤差具有積極的幫助作用。

2.2 需控制觀測(cè)誤差

目前在觀測(cè)過(guò)程中通常主要有人工觀測(cè)與自動(dòng)觀測(cè)兩種方式，在人工觀測(cè)中如果選擇設(shè)置的水尺位置不合理或是選擇架設(shè)不當(dāng)，則在使用零點(diǎn)高程聯(lián)測(cè)方式下將難以使得觀測(cè)結(jié)果始終具有較高的精確性。在自動(dòng)觀測(cè)方式中，如果高程控制點(diǎn)與水邊相距較遠(yuǎn)，或是坡度過(guò)大則同樣也會(huì)直接影響觀測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度，導(dǎo)致最終獲取的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生明顯誤差。

因此為了能夠有效控制礦山地形觀測(cè)中GPS的誤差，立足GPS實(shí)現(xiàn)RTK工作模式，從而保障觀測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性。在這一過(guò)程中，測(cè)量人員首先需要結(jié)合具體觀測(cè)需要，對(duì)基準(zhǔn)站上平面以及高程坐標(biāo)進(jìn)行明確，待進(jìn)入至差分工作模式之后，在水邊架設(shè)流動(dòng)臺(tái)GPS接收機(jī)，用以獲取GPS天線(xiàn)幾何中心高程數(shù)據(jù)。此時(shí)通過(guò)將GPS天線(xiàn)與水面間的高度距離減去，即可獲得水邊點(diǎn)高程即水位[3]。在利用這一觀測(cè)方式下，測(cè)量人員只需要在水邊架設(shè)流動(dòng)臺(tái)GPS接收設(shè)備即可有效完成觀測(cè)工作，大大減少了可能對(duì)礦山地形觀測(cè)工作有干擾作用的不穩(wěn)定因素，包括地形地勢(shì)、水文天氣等等，在保障測(cè)量安全的同時(shí)也可以極大地控制礦山地形測(cè)量中的GPS誤差[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

鑒于礦山地形測(cè)量本身度專(zhuān)業(yè)性要求較高，且比較容易受到水文因素、地形因素等干擾影響，導(dǎo)致在GPS測(cè)量中產(chǎn)生相應(yīng)誤差。

因此本文建議測(cè)量人員可以通過(guò)結(jié)合具體測(cè)量要求，通過(guò)利用運(yùn)用GPS-RTK觀測(cè)法并合理設(shè)置基準(zhǔn)站，對(duì)礦山地形點(diǎn)位置進(jìn)行有效明確，以此獲得更加真實(shí)可靠的地形點(diǎn)信息，達(dá)到消除礦山地形測(cè)量的GPS誤差，提高測(cè)量精準(zhǔn)度的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]何慶芳.探討GPS在礦山地形控制測(cè)量中的運(yùn)用[J].華東科技：學(xué)術(shù)版,2015(7)：3-3.

[2]楊紹梧.GPS定位技術(shù)在礦山地形測(cè)量中的應(yīng)用探究[J].商品與質(zhì)量：建筑與發(fā)展,2013(5)：608-608.

[3]郭衛(wèi)鋒.利用GPS數(shù)據(jù)改正InSAR軌道誤差在地形測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版,2012(36).

[4]戚忠.工程測(cè)量中三角高程測(cè)量的誤差分析及解決方法[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(34)：298-298.