張杰

[摘要]本文主要以山區(qū)數(shù)字地形圖測(cè)量為例，通過(guò)施測(cè)一級(jí)GPS過(guò)程，就GPS控制網(wǎng)的測(cè)量中提高精度、減小誤差，提高測(cè)量效率的方法作了一些探討。

[關(guān)鍵詞]山區(qū) GPS控制網(wǎng) 誤差 優(yōu)化

[中圖分類(lèi)號(hào)] P2 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-9-173-1

山區(qū)地形變化差異大，折光影響、近地面的大氣密度、待定點(diǎn)間通視、透明度等因素都對(duì)傳統(tǒng)的三角測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量以及高程引測(cè)帶來(lái)很大的測(cè)量障礙，也極易增大網(wǎng)形設(shè)計(jì)、傳算邊角觀測(cè)的誤差，影響控制測(cè)量的精度以及測(cè)量成果。而GPS測(cè)量具有全天侯、成本低、精度高的特點(diǎn)，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)量的靈活性更高，可有效避免傳統(tǒng)測(cè)量存在的問(wèn)題，現(xiàn)已成為測(cè)量單位首選的控制測(cè)量方式。本文以山區(qū)測(cè)量為例，通過(guò)施測(cè)一級(jí)GPS過(guò)程，就GPS控制網(wǎng)的測(cè)量中提高精度、減小誤差，提高測(cè)量效率的方法做一些探討。

1測(cè)區(qū)概況

吉林省白山地區(qū)境內(nèi)位于山區(qū)的40個(gè)村莊近9萬(wàn)平方公里1：500比例尺地形圖。測(cè)區(qū)位于東經(jīng)126°59′至127°10′范圍內(nèi)，測(cè)區(qū)內(nèi)的村莊較為分散，村莊之間距離1～10公里不等，且多分布于山岙里。測(cè)區(qū)內(nèi)交通條件較好，有水泥路可通達(dá)。為更好的完成本次數(shù)字化地形圖施測(cè)，決定在測(cè)區(qū)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，每平方公里≥16個(gè)固定點(diǎn)。根據(jù)該市行政區(qū)劃圖可知施測(cè)的40個(gè)村約分布在500平方公里范圍內(nèi)。根據(jù)數(shù)字化地形圖施測(cè)要求以及點(diǎn)位精度的考慮，本次測(cè)量決定采用南方測(cè)繪儀器公司四臺(tái)套靈銳S86

GPS測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)高程精度為10mm+2ppm*D、水平精度5mm+1ppm*D，本次施測(cè)采用靜態(tài)相對(duì)定位作業(yè)模式。

2網(wǎng)形設(shè)計(jì)

本次離測(cè)已獲得測(cè)區(qū)內(nèi)3個(gè)2000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126°。此次控制網(wǎng)施測(cè)考慮到村莊多分布在山岙且村莊之間相距較遠(yuǎn)的現(xiàn)狀，計(jì)劃每個(gè)村莊布設(shè)3個(gè)點(diǎn)，其中2個(gè)點(diǎn)保證通視，布設(shè)124個(gè)未知點(diǎn)，控制網(wǎng)采用點(diǎn)連式。為了盡量減小尺度比誤差，以及保證GPS控制網(wǎng)在約束平差后點(diǎn)位坐標(biāo)精度的均勻性，將已知等級(jí)的控制點(diǎn)納入整網(wǎng)觀測(cè)，同時(shí)適當(dāng)構(gòu)成長(zhǎng)邊圖形。對(duì)離已知點(diǎn)較遠(yuǎn)的未知點(diǎn)和網(wǎng)邊緣的未知點(diǎn)采用邊連式，以增加重復(fù)基線、非同步圖形閉合條件。

3外業(yè)實(shí)施

對(duì)短基線而言，由于基線兩點(diǎn)距離較短，星歷誤差對(duì)短基線的兩個(gè)測(cè)站的影響基本相同，數(shù)據(jù)處理時(shí)采用差分形式，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，均可忽略。總體分析，短基線測(cè)量誤差的主要來(lái)源有：地面起始點(diǎn)的誤差、衛(wèi)星的PDOP值、接收機(jī)的位置誤差、天線相位中心位置的偏差和多路徑誤差。

針對(duì)GPS信號(hào)的傳播誤差主要通過(guò)選擇合適站址的方式消除。本次所使用的接收機(jī)內(nèi)置抑制板，可有效抑制截止高度角以下反射波，可顯著削弱多路徑誤差。但因山區(qū)地形加之村莊分布特點(diǎn)為滿足數(shù)字測(cè)圖需要，除依據(jù)《全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》關(guān)于選點(diǎn)外，因客觀原因，部分點(diǎn)選擇在山坡或存在障礙的地方，且對(duì)周?chē)懈哂?0°障礙物的點(diǎn)繪制GPS點(diǎn)的環(huán)視圖。

原則上，對(duì)5公里以內(nèi)基線長(zhǎng)度觀測(cè)45分鐘，5～10公里觀測(cè)60分鐘，個(gè)別地區(qū)由負(fù)責(zé)人根據(jù)實(shí)際情況增加觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)。采樣間隔15秒，高度截止角15°。根據(jù)近30天內(nèi)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)綜合各方面因素制定觀測(cè)計(jì)劃和每天觀測(cè)表。

對(duì)每天觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和驗(yàn)收，確認(rèn)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量符合實(shí)際。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。然后對(duì)所有解算出合格固定解的基線進(jìn)行檢核：包括每個(gè)時(shí)段同步觀測(cè)的數(shù)據(jù)、重復(fù)觀測(cè)邊、同步觀測(cè)環(huán)、異步環(huán)的檢核。一旦發(fā)現(xiàn)檢核超過(guò)限差，首先分析原因，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。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，進(jìn)行野外返工，對(duì)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)。

4結(jié)論與總結(jié)

山區(qū)地形復(fù)雜、起伏變化大，其測(cè)量誤差源多，施測(cè)中應(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，以有效減弱地形條件給GPS測(cè)量帶來(lái)的不利因素，盡可能提高測(cè)量的精度。GPS測(cè)量得到WGS84坐標(biāo)系下的基線向量，而通常采用的是國(guó)家坐標(biāo)系或獨(dú)立坐標(biāo)系，應(yīng)該首先確定GPS成果所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)合起算數(shù)據(jù)，即GPS網(wǎng)基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。若GPS測(cè)量成果需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，應(yīng)該選擇或聯(lián)測(cè)足夠多的兩坐標(biāo)系的公共點(diǎn)，一般大于3，以保證坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度和可靠性；起算點(diǎn)數(shù)目越多，GPS網(wǎng)和原有網(wǎng)的吻合越好，但會(huì)損失現(xiàn)有GPS網(wǎng)的測(cè)量精度，起算點(diǎn)為3～5個(gè)時(shí)，既能保證兩坐標(biāo)系的一致，又可保證GPS網(wǎng)的測(cè)量精度；起算點(diǎn)在GPS網(wǎng)中應(yīng)該均勻分布，避免分布在網(wǎng)中的一側(cè)；起算方位不宜過(guò)多，可以布設(shè)在網(wǎng)中的任意位置GPS網(wǎng)得到大地高，聯(lián)測(cè)水準(zhǔn)高程后才能將高程轉(zhuǎn)換為正常高。水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)點(diǎn)應(yīng)均勻分布整個(gè)測(cè)區(qū)，未知點(diǎn)正常高程的求解應(yīng)采用內(nèi)插的方法。由于點(diǎn)間不需要通視，且點(diǎn)位精度主要取決于衛(wèi)星與測(cè)站間的幾何網(wǎng)形、觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)處理方法，因此GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)主要取決于用戶的要求和用途。本次測(cè)量，GPS控制網(wǎng)主要采用了點(diǎn)連式和邊連式，均屬于同步圖形擴(kuò)展式，具有測(cè)量速度快、方法簡(jiǎn)單、圖形強(qiáng)度較好等優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)于高精度控制網(wǎng)易采用網(wǎng)連式，但網(wǎng)連式至少需要4臺(tái)GPS接收機(jī)，全對(duì)圖形的條件要求很強(qiáng)且成本較高。而混連式相鄰兩個(gè)同步圖形可能通過(guò)點(diǎn)、邊、網(wǎng)等形式連接，自檢性和可靠性較好，能有效發(fā)現(xiàn)粗差，在GPS工程控制網(wǎng)中廣采用。

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