郭 敏,葛小三,李春意

(河南理工大學(xué)測繪與國土信息工程學(xué)院,河南 焦作 454003)

0 引 言

手持GPS在測量工作中很有優(yōu)越性,但是在高精度要求的測量工作中還是有所欠缺,手持GPS在不同的測量模式下精度也有所不同,但最高精度也只能達(dá)到亞米級(jí)[1-3]。所以,如何將手持GPS測量精度提高并應(yīng)用到高精度的測量工作中去?即如何提高手持GPS定位精度及工作效率是目前測繪工作者研究的熱點(diǎn)。本文從不同的定位模式著手,分析如何提高手持GPS的定位精度。

1 實(shí) 例

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況及試驗(yàn)條件

河南理工大學(xué)地勢比較平坦,控制點(diǎn)周圍有少許水源,校區(qū)內(nèi)教學(xué)樓和辦公樓的外圍有很多已知點(diǎn),這些控制點(diǎn)精度可以達(dá)到毫米級(jí),控制點(diǎn)周圍有少許水源,實(shí)驗(yàn)區(qū)能滿足測量要求。測繪工程實(shí)驗(yàn)室擁有Trimble Geoxt 2005手持式GPS接收機(jī)、控制點(diǎn)分布圖及控制點(diǎn)坐標(biāo)、GPS pathfinder office 后處理軟件。

1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

包括兩種數(shù)據(jù)采集模式前的準(zhǔn)備工作,其中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是一項(xiàng)非常重要的工作。

手持GPS單點(diǎn)定位得到是WGS-84坐標(biāo),而用戶需要的是地方坐標(biāo),這就關(guān)系到坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換問題[1,3]。Trimble geoxt 2005 手持式GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換需要后處理軟件GPS pathfinder office軟件。

1)建立坐標(biāo)系統(tǒng):打開GPS pathfinder office軟件,選擇坐標(biāo)系統(tǒng)管理器，如圖1所示;進(jìn)入坐標(biāo)系統(tǒng)管理器,單擊編輯-增加橢球;輸入定義坐標(biāo)系統(tǒng)的名稱“beijing54”、地球的長半軸“6378245 m”、扁率“298.3”;增加基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換/Molodensky,編輯“基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)”;點(diǎn)擊“編輯”進(jìn)入增加坐標(biāo)系統(tǒng)組,名稱輸入“beijing54”,點(diǎn)擊確定,點(diǎn)擊“編輯”-“增加坐標(biāo)系統(tǒng)”選擇投影方式:“橫軸墨卡托投影”，添加坐標(biāo)系統(tǒng),選擇新建的坐標(biāo)系統(tǒng)名稱“beijing54”，再確認(rèn)。在投影帶參數(shù)名稱中,可以采用投影帶中央子午線數(shù)值命名。

圖1 GPS pathfinder office界面

2)聯(lián)測高精度已知點(diǎn):為求得高精度的地方坐標(biāo),根據(jù)具體情況聯(lián)測已知點(diǎn),確保已知點(diǎn)精度高且在實(shí)驗(yàn)區(qū)周圍盡量均勻分布。對(duì)于手持GPS Trimble Geoxt來說,則需要借助GPS Pathfinder Office 軟件完成。在GPS Pathfinder Office 中選擇-坐標(biāo)系統(tǒng),打開重新采集已知點(diǎn)時(shí)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)文件,選擇“選項(xiàng)”中“建立局域點(diǎn)”,如圖2所示,將測量點(diǎn)與已知點(diǎn)坐標(biāo)添加完畢后進(jìn)行解算,參差小于1 m,則證明校正成功。注意并不是把所有的已知點(diǎn)都加上,只要能很好地控制試驗(yàn)區(qū)的范圍就可以,所以選擇的點(diǎn)盡量在試驗(yàn)區(qū)周圍,形成控制網(wǎng)的形式,以便提高地方坐標(biāo)的精度。

圖2 創(chuàng)建點(diǎn)向量

點(diǎn)擊“創(chuàng)建點(diǎn)”屬于要表示的點(diǎn)名,點(diǎn)擊“創(chuàng)建并應(yīng)用”,這時(shí)的坐標(biāo)系統(tǒng)就轉(zhuǎn)換為以點(diǎn)的方式體現(xiàn)當(dāng)?shù)氐木钟螯c(diǎn)。打開“坐標(biāo)系統(tǒng)管理器”,輸出到手持GPS里面,在坐標(biāo)系統(tǒng)里選擇“點(diǎn)”,這時(shí)在野外采集的所有點(diǎn)要素在現(xiàn)場隨時(shí)都可以表示為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)。

1.3 實(shí)時(shí)差分模式采集數(shù)據(jù)

實(shí)時(shí)差分是一種廣域差分技術(shù),目的就是為了實(shí)時(shí)獲得差分衛(wèi)星所發(fā)出的實(shí)時(shí)改正數(shù)據(jù),以得到更高的精度。用手持GPS進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,采集模式選擇“實(shí)時(shí)設(shè)置”,坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置為建立的beijing54,高度參考設(shè)置為平均海水面,等待改正衛(wèi)星信號(hào)的獲得。新建文件并打開,在此輸入相關(guān)參數(shù)同時(shí)要選擇相關(guān)要素,進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如圖3所示,將采集的數(shù)據(jù)輸入到電腦中,最后導(dǎo)入到“GPS Pathfinder Office”軟件中進(jìn)行處理。

圖3 數(shù)據(jù)采集

1.4 實(shí)時(shí)差分模式數(shù)據(jù)處理

分別對(duì)這四個(gè)點(diǎn)進(jìn)行30 s和60 s的觀測,兩次實(shí)測值及坐標(biāo)差值如表1所示。選取實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)已知點(diǎn)0601:x=3 895 500.928 m,y=431 931.921 m; 0602:x=3 895 636.017 m,y=431 912.086 m;K01:x=3 895 703.823 my=431 937.392 m; 0607:x=3 895 725.023 m,y=432 014.709 m;其中0607點(diǎn)在樹蔭下。

由表1可見,觀測時(shí)長對(duì)手持GPS精度是有所影響的,連續(xù)觀測30 s點(diǎn)位誤差可以達(dá)到2 m左右,而觀測60 s點(diǎn)位誤差在1 m左右,有些點(diǎn)位可以達(dá)到亞米級(jí)。這說明多次觀測取平均值可以減小誤差。其中0607號(hào)點(diǎn)距離教學(xué)樓和樹木較近,點(diǎn)位誤差達(dá)到5 m左右,所以樓房樹木對(duì)GPS信號(hào)的影響比較大,精度會(huì)大大降低。由此可見手持GPS在信號(hào)比較好(不受遮擋)的情況下,完全能滿足小比例尺測圖的要求。

表1 觀測時(shí)長對(duì)手持GPS實(shí)時(shí)差分精度的影響

1.5 后差分改正數(shù)據(jù)采集模式

此模式所需兩臺(tái)Geoxt手持GPS接收機(jī),一臺(tái)手持GPS接收機(jī)做靜態(tài)觀測,接收時(shí)間不少于 30 min,首先做基準(zhǔn)站的Geoxt手持GPS接收機(jī)開機(jī),新建文件夾的時(shí)候文件類型要設(shè)置為“基準(zhǔn)站”,輸入已知點(diǎn)的坐標(biāo),固定不動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄[2]。接著另一部手持機(jī)開機(jī)和以上敘述的數(shù)據(jù)采集步驟一樣,記錄時(shí)間間隔設(shè)置為1 s,連續(xù)跟蹤時(shí);要保證不少于 5 顆衛(wèi)星并且不發(fā)生衛(wèi)星失鎖的現(xiàn)象;否則導(dǎo)致GPS Pathfinder Office 中進(jìn)行數(shù)據(jù)的差分改正出現(xiàn)問題,無法生成基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)。野外基準(zhǔn)站和流動(dòng)站數(shù)據(jù)采集結(jié)束后;需要在室內(nèi)完成內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。需要注意:數(shù)據(jù)采集完之后首先關(guān)閉流動(dòng)站,再關(guān)閉基準(zhǔn)站,保證基準(zhǔn)站文件時(shí)間完全覆蓋流動(dòng)站時(shí)間。基準(zhǔn)站記錄時(shí)間間隔要與流動(dòng)站一樣。手持機(jī)數(shù)據(jù)利用 GPS pathfinder office軟件中的數(shù)據(jù)傳輸功能把數(shù)據(jù)導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)中。在 GPS pathfinder office中選擇功能“差分改正”,分別添加流動(dòng)站文件和基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)文件,選擇“載波和代碼處理”進(jìn)行差分?jǐn)?shù)據(jù)改正。

1.6 后差分處理精度分析

將沒有差分改正前的數(shù)據(jù)精度和差分改正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,可以發(fā)現(xiàn)差分改正后數(shù)據(jù)不管是水平位置精度還是垂直位置精度都有很大的提高[4-6]。數(shù)據(jù)差分改正之前,精度一般在2～3 m間變化,而進(jìn)行差分?jǐn)?shù)據(jù)改正之后,數(shù)據(jù)精度一般在0.5 m左右,提高了手持GPS精度,如表2所示。

表2 后差分處理有精度分析

由表2得知在基準(zhǔn)站與流動(dòng)站距離足夠近的情況下,利用差分GPS定位技術(shù)大大消除了相關(guān)的誤差,例如星鐘誤差和星歷誤差、電離層延遲和對(duì)流層延遲誤差。0607號(hào)點(diǎn)受樹遮擋,定位精度不太高,其它定位點(diǎn)的精度比實(shí)時(shí)采集模式下都大大提高,如果選擇的點(diǎn)不受多路徑誤差影響或影響較少,定位精度一般會(huì)在0.5m內(nèi)。0602號(hào)點(diǎn)就是校區(qū)東西大道上,離水面、大樹及大樓等比較遠(yuǎn),該點(diǎn)的定位精度比較高。

2 結(jié)束語

以河南理工大學(xué)已知點(diǎn)為依據(jù),對(duì)手持GPS數(shù)據(jù)采集模式和方法進(jìn)行了探討,得出不同的環(huán)境條件、不同的模式,定位精度差別很大,只要把握好精度的要求,手持GPS在1∶50000或更小比例尺測圖中會(huì)發(fā)揮更大的作用。

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