靳　祠,秦巖賓,賈家琳（.成都理工大學　地球科學學院,成都　60059；.四川水利職業(yè)技術(shù)學院　測繪工程系,四川　崇州　63）

高山峽谷地形中GPS定位測量誤差的分析和討論

靳祠1,秦巖賓1,賈家琳2
（1.成都理工大學地球科學學院,成都610059；2.四川水利職業(yè)技術(shù)學院測繪工程系,四川崇州611231）

摘要：介紹了GPS定位測量中的誤差影響和來源，重點對高山，峽谷特殊地形中的GPS點位的選取、施測等方面進行討論。

關(guān)鍵詞：GPS測量技術(shù)；誤差分析；特殊地形

1　前言

GPS定位測量技術(shù)，為測量技術(shù)的發(fā)展——特別是控制測量——帶來了很大的革新。相較于傳統(tǒng)的測量方法技術(shù)，GPS定位測量技術(shù)以其定位精度高，觀測時間短，操作簡便，全天候等特點著稱[1]。隨著技術(shù)的日漸成熟，它的身影已經(jīng)出現(xiàn)在了各種各樣的行業(yè)應用中。所以了解分析GPS定位測量誤差的影響和來源，是十分必要的。

2　各個誤差源影響及消除方法

（1）星歷誤差，又稱為衛(wèi)星軌道誤差，是由于衛(wèi)星星歷所提供的衛(wèi)星空間位置和它的實際位置的差值。衛(wèi)星星歷又分為廣播星歷和后處理星歷，通過兩者來得到衛(wèi)星準確位置的軌道參數(shù)值。但是，兩者所提供的軌道參數(shù)計算出的衛(wèi)星位置與實際位置不符，故存在誤差。其中廣播星歷推算的位置誤差可以達到20～30m；后處理星歷雖然能夠?qū)⒄`差優(yōu)化到1m左右，但它本身很難獲得。基線要求不長時，可以通過利用觀測值求差的方法消除衛(wèi)星星歷誤差的影響，采用精密星歷的方法也能消除。

（2）衛(wèi)星鐘差，包括頻偏、頻飄、鐘差及鐘的隨機誤差，它屬于系統(tǒng)誤差。只有保證GPS衛(wèi)星上的原子鐘和接收機鐘與GPS時相一致，才能提高GPS測量的測時精度，從而提高GPS測量精度。否則，不經(jīng)改正，最大等效距離誤差可達到300km。與衛(wèi)星鐘差一樣，接收機鐘差也是與GPS時不一致產(chǎn)生的，引起的等距離誤差可達300m，正因為其的影響很大，所以不可忽視。采用鐘差模型進行誤差值的修正，能達到減少的效果；利用觀測量的線性組合，在衛(wèi)星間進行求一次差也能消除。

（3）接收機天線相位中心偏差：由于接收信號的強度、方向、角度等不同，會影響相位中心的偏移，從而造成偏差的產(chǎn)生。采用相同類型天線采集觀測值、指北方向線指北定向來削弱硬影響。

（4）電離層折射誤差：當信號從衛(wèi)星傳播至電離層時，信號的路徑會彎曲，使傳播速度發(fā)生變化，繼而使信號傳播的速度乘上其傳播時間得到的距離與衛(wèi)星到接收機的距離不一致，產(chǎn)生的延遲值在天頂方向白天可達15m，夜晚達到1～3m左右。低仰角狀況下則一般在9～45m。

要改正電離層誤差，首選雙頻觀測技術(shù)消除，它是利用雙頻觀測量的色散效應（即折射改正數(shù)隨頻率變化）削弱誤差，達到改正的目的。

（5）對流層折射誤差，是GPS信號通過對流層時傳播的路徑發(fā)生變化，除了與大氣壓力、溫度、濕度等有關(guān)，還和信號的高度角有關(guān)，在天頂方向可達2.3m；在地面方向可達20m。不過，采用改正模型可以消除大部分對流層折射誤差，用相對定位消除殘差。

（6）多路徑效應，GPS信號由接收機接收時，由于測站周邊反射物的影響，接收機接收到的信號分為直接接收和間接接收，兩者相互干擾使觀測值偏離真值。資料表明：在基線邊長10km以下的GPS定位測量中，多路徑效應是最主要的誤差源之一。它嚴重影響定位精度，甚至會導致信號失鎖，影響GPS定位測量工作。

3　高山、峽谷地形——以川西高原為例進行GPS　D級網(wǎng)定位測量工程簡介及問題

（1）測區(qū)多屬狹長河谷地帶，城區(qū)沿河道而建，兩側(cè)都是高山，山間樹木茂盛，形成了天然的信號屏障，測區(qū)大部位于河谷之中，甚至有的地帶縱深幾公里，寬度卻只有幾百米，造成高度角變小，接收衛(wèi)星數(shù)量少，多路徑效應誤差嚴重等問題。點位選擇時，充分考慮其影響，選擇在視野開闊，利于長期保存，便于操作、發(fā)展的地點。由于測區(qū)的地形特殊性，為了滿足點位密度設(shè)計的要求、方便聯(lián)測和擴展的需要，提高測點精度，故工程中建造了部分房頂標志。

房頂標志的建造，有益于在GPS測量中的網(wǎng)形設(shè)計的需要，構(gòu)成GPS網(wǎng)圖形的邊長均勻。樓頂標志上空視野良好，能夠滿足設(shè)計中點位間通視的需要，解決了在狹長山谷地帶兩側(cè)反射物造成的強烈多路徑效應的影響。由于測區(qū)城市建筑物修建密集，選擇點位應避開信號發(fā)射源的干擾。在山間選擇點位時，要規(guī)避開高壓輸電線的影響，高大樹林的信號遮擋。由于任務設(shè)計要求埋設(shè)三等水準點，如果條件允許，應盡量將GPS點位和水準點位重合，方便聯(lián)測檢驗高程。因測區(qū)中涉及高海拔地區(qū)，應注意收集凍土資料，確定凍土深度，對于凍土深度大于0.8m（含）的地區(qū)，應采用凍土基本標石。

（2）點位埋設(shè)完畢后，點位經(jīng)過雨季沉降穩(wěn)定，凍土地區(qū)至少需經(jīng)過一個凍解期[3]，才能進行觀測。儀器要求采用精度不低于5 mm+1ppm的雙頻GPS接收機進行相對定位觀測。增加觀測時段，設(shè)置采樣間隔，能增加多余觀測量，有利于在高山峽谷中削弱多路徑效應的影響。對所選點位進行相對定位，基線距離不是很長的情況下，對于星歷誤差、多路徑效應、對流層折射誤差等，都具有良好的消除作用。

（3）數(shù)據(jù)處理時，由于地形的限制和復雜性，導致觀測條件不是十分理想，所以星歷應該盡量采用IGS發(fā)布的精密星歷來進行處理，如果能保證基線長度沒有超過60km，則可以使用廣播星歷進行處理。對于多路徑效應影響嚴重的時間段和個別衛(wèi)星（必須保證≥4顆衛(wèi)星），可以采取剔除較大殘差觀測值的方法進行解算。而對于傳播路徑誤差有關(guān)的誤差，除了用模型進行改正，還能用改變高度截止角的方法剔除低角度位置受到的電離層、對流層誤差影響。

4　結(jié)束語

GPS定位測量技術(shù)在各個誤差源的共同作用下影響著點位精度，而特殊地形的限制，又加劇了誤差的干擾。結(jié)合生產(chǎn)實例，特殊地形中點位的選取應按照規(guī)范的要求進行，注意天線安置精度，增加觀測時間，增強網(wǎng)圖形設(shè)計強度，數(shù)據(jù)處理時適當剔除失鎖衛(wèi)星數(shù)據(jù)、改變高度截止角。此實例，可以推廣高精度狹長帶狀地形的控制測量，如公路、鐵路、隧道、水運航道的高精度控制網(wǎng)的布設(shè)和觀測。

參考文獻：

[1]徐紹銓，張華海,楊志強等.GPS測量原理及應用[M].武漢:武漢大學出版社,2008(07).

[2]黃丁發(fā),熊永良,周樂韜等.GPS衛(wèi)星導航定位技術(shù)與方法[M].北京:科學出版社,2009.

[3]GB/T 18314-2009，全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范[S].

作者簡介：靳祠（1987-），男，藏族，四川金川人，碩士研究生在讀，研究方向：地理信息和地圖制圖工程。