陳勝利

（阜陽(yáng)市測(cè)繪院，安徽 阜陽(yáng) 236001）

0 引言

山區(qū)地形起伏較大，待定點(diǎn)間通視、近地面大氣密度、透明度、折光影響成為以往導(dǎo)線測(cè)量、三角測(cè)量、高程引測(cè)的較大障礙，而網(wǎng)形設(shè)計(jì)、傳算邊角觀測(cè)的各項(xiàng)誤差也限制著成果的精度。 GPS 測(cè)量由于全天候、精度高、省費(fèi)用等鮮明優(yōu)點(diǎn)[1]，已成為目前測(cè)繪單位首選的基礎(chǔ)控制測(cè)量方式。 特別是相對(duì)定位的精度基本上與待定點(diǎn)間構(gòu)成網(wǎng)形無(wú)關(guān)，以及不需通視等，使得GPS 測(cè)量具有很大的靈活性。 本文著重?cái)⑹鲈谏絽^(qū)施測(cè)一級(jí)GPS 測(cè)量過(guò)程及保證精度、減小誤差、提高效率的方法。 日前，阜陽(yáng)市測(cè)繪院受瑞安市規(guī)劃建設(shè)局委托，為了滿足瑞安市農(nóng)村村莊規(guī)劃和建設(shè)的需要，施測(cè)瑞安市境內(nèi)50 個(gè)村約10km21：500 比例尺地形圖。

1 山區(qū)地形GPS 網(wǎng)形設(shè)計(jì)

1.1 基礎(chǔ)條件

該測(cè)區(qū)處于東經(jīng)120°15′至120°33′范圍內(nèi)，以山區(qū)地貌為主，村莊多分布在山岙里，且比較分散，相距1～10km 不等，但多數(shù)村莊均有瀝青或水泥路可到達(dá)。 為滿足1：500 比例尺數(shù)字化地形圖施測(cè)需要，本測(cè)區(qū)在四等以上平面控制點(diǎn)基礎(chǔ)上，直接布設(shè)一級(jí)GPS 網(wǎng)作為基礎(chǔ)控制， 原則上1km2不少于16 個(gè)固定點(diǎn)。 由1：70 000 比例尺的瑞安市行政區(qū)劃圖可知，施測(cè)的50 個(gè)村約分布在500km2范圍內(nèi)。

由于以上客觀原因，為滿足數(shù)字化地形圖施測(cè)以及點(diǎn)位精度要求，阜陽(yáng)市測(cè)繪院決定采用標(biāo)稱精度： 水平精度為5 mm+1 ppm*D， 高程精度為10 mm+2 ppm*D 的四臺(tái)套北極星9 600 型GPS 測(cè)量系統(tǒng)，采用靜態(tài)相對(duì)定位的作業(yè)模式施測(cè)。

已有資料： 測(cè)區(qū)內(nèi)有3 個(gè)1998 年同網(wǎng)平差的已知四等控制點(diǎn)。 采用1954 年北京坐標(biāo)系，參考橢球幾何參數(shù)，中央子午線經(jīng)度為120°。

1.2 布點(diǎn)與聯(lián)網(wǎng)

此控制網(wǎng)施測(cè)的目的是為了滿足進(jìn)一步加密控制和數(shù)字化地形圖施測(cè)的需要。 依據(jù)CJJ73-2010《衛(wèi)星定位城市測(cè)量規(guī)范》，考慮到村莊相距較遠(yuǎn)且多分散在山腳、山岙等因素，原則上每個(gè)村莊布設(shè)3個(gè)點(diǎn)，且其中2 個(gè)點(diǎn)保證通視。 計(jì)劃布設(shè)124 個(gè)未知點(diǎn)，采用點(diǎn)連式作為該網(wǎng)的基本圖形。 綜合誤差傳播定律、布點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)形幾何強(qiáng)度，為保證GPS網(wǎng)進(jìn)行約束平差后點(diǎn)位坐標(biāo)精度的均勻性以及減少尺度比誤差影響，對(duì)已知等級(jí)控制點(diǎn)，除納入整網(wǎng)觀測(cè)外，也適當(dāng)構(gòu)成長(zhǎng)邊圖形。 距已知點(diǎn)較遠(yuǎn)的未知點(diǎn)、 網(wǎng)邊緣地區(qū)的未知點(diǎn)一般采用邊連式，以增加重復(fù)基線、非同步圖形閉合條件。 這樣既可以減少外業(yè)工作量、降低成本，又能夠保證網(wǎng)的幾何強(qiáng)度，提高網(wǎng)的可靠性指標(biāo)。

2 GPS 測(cè)量的外業(yè)實(shí)施特點(diǎn)分析

2.1 GPS 短基線測(cè)量的主要誤差來(lái)源

對(duì)于短基線來(lái)說(shuō)，由于基線兩端點(diǎn)之間的距離較短，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)采用差分的形式。 電離層和對(duì)流層對(duì)信號(hào)的延遲對(duì)基線兩端點(diǎn)的影響大致相同， 星歷誤差對(duì)短基線的兩個(gè)測(cè)站的影響基本相同，均可忽略[2]。 因此，短基線測(cè)量的主要誤差來(lái)源是：多路徑誤差，天線相位中心位置的偏差，接收機(jī)的位置誤差，地面起始點(diǎn)的誤差，衛(wèi)星的PDOP 值[3]。

2.2 山地GPS 選點(diǎn)

選擇合適站址的目的主要是消除GPS 信號(hào)的傳播誤差， 北極星9600 型接收機(jī)內(nèi)置扁平微帶有源高增益天線和抑制板，可控制高度截止角（通常15°）以下的反射波，可顯著削弱多路徑誤差。但是由于村莊多分散在山腳、山岙，且3、4 層建筑物林立，為滿足村莊數(shù)字測(cè)圖需要，除依據(jù)CJJ73-2010《衛(wèi)星定位城市測(cè)量規(guī)范》關(guān)于選點(diǎn)的要求外，因客觀原因，不可避免地有部分點(diǎn)選擇在山坡上或存在障礙現(xiàn)象。 對(duì)于周圍有高于10°障礙物的點(diǎn)，必須繪制GPS 點(diǎn)的環(huán)視圖。

2.3 山地GPS 觀測(cè)

觀測(cè)時(shí)段：基線長(zhǎng)度原則上在5 km 以內(nèi)，觀測(cè)45 min，5～10 km，觀測(cè)60 min。 采樣間隔15 S，高度截止角15°[4]。

觀測(cè)實(shí)施：根據(jù)近一個(gè)月星歷預(yù)報(bào)，選擇衛(wèi)星的PDOP 值較小的時(shí)段觀測(cè)，同時(shí)根據(jù)具體點(diǎn)位情況、參考GPS 點(diǎn)環(huán)視圖、基線長(zhǎng)度等因素，制訂觀測(cè)計(jì)劃和每天觀測(cè)表。 特別小組成員可根據(jù)實(shí)地情況提出建議，由組織協(xié)調(diào)人員現(xiàn)場(chǎng)有選擇地增加觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度。

2.4 山地GPS 數(shù)據(jù)處理

每天觀測(cè)結(jié)束后，下載觀測(cè)數(shù)據(jù)。 按規(guī)程、技術(shù)設(shè)計(jì)及時(shí)對(duì)外業(yè)全部資料進(jìn)行全面檢查和驗(yàn)收，包括：成果是否符合調(diào)度命令和規(guī)程要求，觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析是否符合實(shí)際等。

采用隨機(jī)軟件進(jìn)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(duì)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：（1）改變歷元間隔。 采集高質(zhì)量的載波相位觀測(cè)值，是解決周跳問(wèn)題的根本途徑，適當(dāng)增加采集密度是診斷和修復(fù)周跳的重要措施。 對(duì)基線同步觀測(cè)時(shí)間較短的測(cè)點(diǎn)，可縮小歷元間隔，讓更多的數(shù)據(jù)參與計(jì)算；若基線同步觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，可增加歷元間隔，減少參與計(jì)算的含有質(zhì)量差數(shù)據(jù)；若數(shù)據(jù)周跳較多，可增加歷元間隔，使解算時(shí)跳過(guò)中斷的數(shù)據(jù)，繼續(xù)解算。 若點(diǎn)位環(huán)視圖有障礙，可增大高度截止角、減少歷元間隔。 （2）改變高度截止角。 同步觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，觀測(cè)衛(wèi)星較多、GDOP 較小，根據(jù)點(diǎn)位環(huán)視圖有障礙，就增加高度截止角解算；若同步觀測(cè)時(shí)間短， 在軟件默認(rèn)解算條件下觀測(cè)衛(wèi)星不足，GDOP 較大，點(diǎn)位環(huán)視條件好時(shí)，可降低高度截止角進(jìn)行解算。 （3）禁用無(wú)效歷元。 參考基線解算報(bào)表，若衛(wèi)星健康狀況惡劣，衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)常失鎖，整周模糊度搜索失敗，禁用無(wú)效歷元，同時(shí)注意控制同一時(shí)段觀測(cè)值的數(shù)據(jù)剔除率，使之小于數(shù)據(jù)總量的10%。顧及時(shí)段中信號(hào)間斷引起的數(shù)據(jù)剔除、劣質(zhì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的發(fā)現(xiàn)及剔除、星座變化引起的整周未知參數(shù)的增加等，可重新解算。

然后，對(duì)所有解算出合格固定解的基線進(jìn)行檢核：（1）每個(gè)時(shí)段同步觀測(cè)數(shù)據(jù)檢核；（2）重復(fù)觀測(cè)邊檢核；（3）同步觀測(cè)環(huán)檢核；（4）異步環(huán)檢核。 當(dāng)發(fā)現(xiàn)以上各步檢核超過(guò)限差，應(yīng)分析原因，經(jīng)平差處理后，單位權(quán)中誤差一般值為0.05 周以下；短基線雙差實(shí)數(shù)解、雙差固定解之間的基線向量坐標(biāo)通常要求其差小于5cm[3]。

2.5 山地GPS 野外返工

對(duì)經(jīng)過(guò)檢核以及綜合分析各種客觀因素基礎(chǔ)上超限的基線，須進(jìn)行野外返工。 由于控制面積大、交通不便等因素，應(yīng)分步考慮返工：（1）無(wú)論何種原因， 造成一個(gè)控制點(diǎn)不能與兩條獨(dú)立基線相連接，都納入第二天觀測(cè)計(jì)劃，適當(dāng)調(diào)整觀測(cè)網(wǎng)形，補(bǔ)測(cè)或重測(cè)不少于一條獨(dú)立基線。 （2）當(dāng)舍棄（在復(fù)測(cè)基線邊長(zhǎng)差、同步環(huán)閉合差、獨(dú)立環(huán)閉合差檢驗(yàn)中超限的）基線后的獨(dú)立環(huán)所含基線數(shù)超過(guò)10、由于點(diǎn)位不符合GPS 測(cè)量要求而造成一個(gè)測(cè)站多次重測(cè)仍不能滿足各項(xiàng)限差技術(shù)規(guī)定時(shí)，在整網(wǎng)觀測(cè)完后重測(cè)基線、有關(guān)同步圖形，或按技術(shù)設(shè)計(jì)要求，另增選新點(diǎn)，進(jìn)行重測(cè)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)影響山區(qū)一級(jí)GPS 測(cè)量的客觀因素，應(yīng)認(rèn)真分析主要誤差來(lái)源，選擇設(shè)計(jì)合適的網(wǎng)形。 經(jīng)過(guò)小組成員的共同協(xié)作， 參考星歷預(yù)報(bào)、GPS 點(diǎn)環(huán)視圖、基線長(zhǎng)度，特別是觀測(cè)小組成員現(xiàn)場(chǎng)反饋的測(cè)站信息，選擇變更觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度甚至待定點(diǎn)位置，可有效減少山區(qū)交通、地形給GPS 測(cè)量帶來(lái)的不利因素，在保證精度的基礎(chǔ)上，減少外業(yè)工作量、提高效率、降低成本。

[1] 李天文. GPS 原理及應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2003：4-5.

[2] 劉基余，李征航，王躍虎，桑吉章. 全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用[M]. 北京：測(cè)繪出版社，1993：127-154.

[3] 徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng)，王澤民. GPS 測(cè)量原理及應(yīng)用[M]. 武漢：武漢大學(xué)出版社，1998：87-132.

[4] CJJ73-2010，衛(wèi)星定位城市測(cè)量規(guī)范[S].