■秦衛(wèi)祥

（南昌市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院 江西南昌 330000）

淺談高差對(duì)GPS大地高測(cè)量精度的影響

■秦衛(wèi)祥

（南昌市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院 江西南昌 330000）

現(xiàn)有的研究表明，縮短基線之間的距離，可以減少對(duì)流層延遲帶來(lái)的偏差，但是基線兩端的高差過(guò)大，即使基線之間的距離很短，氣象的差異會(huì)使得對(duì)流層延遲無(wú)法通過(guò)差分削弱，影響了GPS測(cè)量的精度。本文選取某連續(xù)運(yùn)行的GPS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，采用不同的測(cè)量進(jìn)行計(jì)算實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果不采用大氣延遲改正模型，高差帶來(lái)的殘余對(duì)流層延遲很大，甚至可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)法解算，同時(shí)觀測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短，也會(huì)對(duì)大地高測(cè)量精度產(chǎn)生影響，適當(dāng)增加觀測(cè)的時(shí)間，在5小時(shí)左右最佳，可以很好的減少殘余對(duì)流層延遲隨機(jī)部分造成的偏差。

GPS高差對(duì)流層延遲大地高氣象

在實(shí)際的測(cè)繪中，GPS具有效率高、精度高、操作簡(jiǎn)單、全天候等特點(diǎn)，影響GPS定位精度的因素有很多，如對(duì)流層延遲、衛(wèi)星軌道誤差等，在短基線定位中，軌道誤差等影響因素可以通過(guò)差分進(jìn)行削弱或消除。但是當(dāng)基線兩端的高差較大時(shí)，受到氣象因素等影響，差分無(wú)法削弱對(duì)流層延遲等，近些年高差對(duì)GPS測(cè)量精度的影響，越來(lái)越受到人們的重視，尤其是在高山地區(qū)的測(cè)量中，氣象差異嚴(yán)重的影響了GPS測(cè)量的精度，在實(shí)際的GPS控制網(wǎng)等的布設(shè)中，高差較大的現(xiàn)象比較常見(jiàn)，本文采用實(shí)驗(yàn)分析的方式，研究高差對(duì)GPS大地高測(cè)量精度的影響，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，提出針對(duì)性的改進(jìn)措施。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 數(shù)據(jù)收集

選取某連續(xù)運(yùn)行的GPS網(wǎng)絡(luò)，作為試驗(yàn)的GPS數(shù)據(jù)，該GPS網(wǎng)絡(luò)共有12個(gè)基準(zhǔn)站，每天不間斷的記錄GPS數(shù)據(jù)，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理中心，得到完整監(jiān)測(cè)的效果，如果有學(xué)者需要數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，就可以從此處獲得相關(guān)的數(shù)據(jù)。包括DGPS、網(wǎng)絡(luò)RTK、快速靜態(tài)定位、電離層監(jiān)測(cè)、氣象等數(shù)據(jù)，由于每個(gè)基準(zhǔn)站都放置了自動(dòng)的氣象儀，可以采集氣象數(shù)據(jù)，本文選取其中距離5千米、高差為180米左右的兩個(gè)基準(zhǔn)站。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

本文主要研究高差對(duì)GPS大地高測(cè)量精度的影響，選取HDS系列的GPS測(cè)量軟件，結(jié)合Hopfield和Saastamoinen兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)對(duì)流層延遲改正模型，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合性的分析。對(duì)于高差導(dǎo)致的基線兩端對(duì)流層延遲差異的分析，可以直接用軟件進(jìn)行分析，不加入任何對(duì)流層延遲改正模型。對(duì)于不同氣象條件下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，需要實(shí)際的氣象資料，如果基準(zhǔn)站沒(méi)有實(shí)測(cè)值，可以選用標(biāo)準(zhǔn)的氣象元素和大氣模型，根據(jù)基站所在的高度進(jìn)行估算，采用估算的方式，得到的氣象數(shù)據(jù)與真實(shí)的氣象數(shù)據(jù)必然會(huì)存在一定的差異，因此可以選擇平均海平面實(shí)測(cè)氣象值進(jìn)行估算，以此來(lái)減少氣象元素估算的差異。對(duì)流層的延遲分成干分量和濕分量，干分量可以通過(guò)改正模型，修正99%以上，而濕分量只能修正90%左右，大氣中的水分含量受到天氣變化的影響，而且這種變化存在很大的隨機(jī)性，要想減少這樣的影響，可以延長(zhǎng)觀測(cè)的時(shí)間。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 不同對(duì)流層改正模型比較實(shí)驗(yàn)

采用2014年4月3日一整天的觀測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集的時(shí)間間隔為5秒，數(shù)據(jù)處理分別用不加對(duì)流層延遲修正，加入改進(jìn)的Hopfield和Saastamoinen兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)對(duì)流層延遲改正模型，每種數(shù)據(jù)處理的時(shí)間為1小時(shí)，共得到了72個(gè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，結(jié)合基準(zhǔn)站的大地高真值，計(jì)算大地高差值。結(jié)果表明，采用對(duì)流層改正模型，對(duì)結(jié)果的影響極大，沒(méi)有采用對(duì)流層改正模型時(shí)，偏差值在15厘米左右，最高可以達(dá)到20厘米。而采用了改正模型后，兩種模型都很好的減小了偏差，平均的偏差值僅有2厘米，最大為8厘米。說(shuō)明高差過(guò)大時(shí)，基線比較短的情況下，對(duì)流層延遲無(wú)法得到削弱，會(huì)嚴(yán)重的影響解算的精度，因此實(shí)際的測(cè)量中，應(yīng)該選擇經(jīng)驗(yàn)對(duì)流層延遲改正模型。

2.2 不同氣象條件比較實(shí)驗(yàn)

目前的GPS測(cè)量時(shí)，基準(zhǔn)站都無(wú)法得到實(shí)際的氣象觀測(cè)值，只能采用標(biāo)準(zhǔn)的氣象元素進(jìn)行替代，影響了實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，為了研究氣象觀測(cè)值對(duì)GPS大地高測(cè)量精度的影響，本文選取了基準(zhǔn)站所處位置的低溫干燥、標(biāo)準(zhǔn)氣象、高溫潮濕三天的氣象數(shù)據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每種解算策略中，低溫干燥天氣的精度最高，高溫潮濕天氣的精度最低，由此可以看出，在天氣比較炎熱、潮濕的氣象環(huán)境中，高差帶來(lái)的對(duì)流層延遲最大，使得GPS大地高測(cè)量精度最低，因此在實(shí)際的GPS測(cè)量中，應(yīng)該盡量選擇低溫、干燥的天氣進(jìn)行測(cè)量，以此來(lái)提高實(shí)際測(cè)量的精度。

2.3 不同觀測(cè)時(shí)間的比較實(shí)驗(yàn)

為了研究氣象條件對(duì)GPS大地高測(cè)量精度的影響，對(duì)測(cè)得1天數(shù)據(jù)進(jìn)行分段，以1、2、4、6、8小時(shí)作為觀測(cè)時(shí)間段，分別進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，結(jié)果表明，無(wú)對(duì)流層延遲修正和改進(jìn)的Hopfield和Saastamoinen改正模型，測(cè)量時(shí)間較短時(shí)，RMS的值較大，測(cè)量時(shí)間的增加，EMS值逐漸的降低，說(shuō)明增加觀測(cè)時(shí)間，可以在一定程度上提高測(cè)量的精度。但是觀測(cè)時(shí)間在4小時(shí)以上，RMS值歲時(shí)間增加而減小的趨勢(shì)越來(lái)越小，分析可能是對(duì)流層的延遲誤差有系統(tǒng)性，因此在實(shí)際的GPS大地高測(cè)量中，觀測(cè)時(shí)間在4小時(shí)到6小時(shí)之間最佳。

3 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明，高差為180米左右的兩個(gè)基站，如果不采用大氣延遲改正模型，高差帶來(lái)的對(duì)流層延遲很大，甚至可能會(huì)導(dǎo)致解算失敗，因此在實(shí)際的GPS測(cè)量中，如果高差較大，應(yīng)該使用經(jīng)驗(yàn)改正模型，改正對(duì)流層的延遲，同時(shí)延長(zhǎng)觀測(cè)的時(shí)間，觀測(cè)5小時(shí)左右最佳，減少殘余對(duì)流層延遲隨機(jī)的影響。

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TU998.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-11-415-1