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        應(yīng)用GPS技術(shù)的山區(qū)像控測量研究

        2015-10-09 20:58:24郭祖清
        科技資訊 2015年17期
        關(guān)鍵詞:GPS技術(shù)

        郭祖清

        摘 要:在山區(qū)航測外業(yè)像控測量中,由于地形條件和通訊條件的限制,現(xiàn)有的RTK技術(shù)不能很好的發(fā)揮作用,普通靜態(tài)測量模式觀測時間長效率低,采用雙基準站快速靜態(tài)可以很好的彌補其他GPS作業(yè)模式的不足。該文介紹了雙基準站快速靜態(tài)測量技術(shù)的基本作業(yè)方式和其優(yōu)點,并結(jié)合山區(qū)地形航測像控應(yīng)用實踐,分析其測量精度的可靠性和作業(yè)效率的實用性。

        關(guān)鍵詞:GPS技術(shù) 快速靜態(tài) 基準站 似大地水準面精化

        中圖分類號:P228 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2015)06(b)-0077-02

        GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))技術(shù)自上世紀90年代投入民用后,已廣泛用在導(dǎo)航、定位等領(lǐng)域,在測量行業(yè)更是具有革命性的意義,已成為控制測量的主要手段。隨著區(qū)域似大地水準面精化技術(shù)的發(fā)展,利用GPS技術(shù)可以快速獲取高精度三維坐標(biāo),使得GPS的應(yīng)用更加方便快捷。在山區(qū)進行像控測量中,采用雙基準站GPS快速靜態(tài)結(jié)合精化似大地水準面的測量方法,精度可靠、效率高,是一種非常有效的作業(yè)方法。

        1 原理

        為了獲得厘米級甚至毫米級的高精度測量成果,在常規(guī)GPS測量中通常采用載波相位測量的方法,GPS接收機所接收到的衛(wèi)星信號中,已用相位調(diào)制技術(shù)在載波上調(diào)制了測距碼和衛(wèi)星導(dǎo)航電文,通過碼相關(guān)法或平方法可以將調(diào)制在載波上的測距碼和衛(wèi)星電文去掉,可以恢復(fù)載波的相位用于測量。GPS接收機的觀測量包括載波不足一周的部分Fr(Ф)和整周計數(shù)Int(Ф),一般表示:

        載波相位φ與衛(wèi)地距ρ之間存在以下關(guān)系:

        ρ=(Fr(Ф)+Int(Ф)+N)·λ

        由于載波是不帶任何識別標(biāo)識的一種純余弦波,GPS接受機能準確的量測不足一周的部分,卻無法測出是第幾周的載波信號,整周數(shù)的確定是載波相位測量中的特有問題。在普通的GPS靜態(tài)測量中往往需要進行較長時間的觀測,一般不少于45分鐘,以便能唯一正確的確定整周模糊度,保證解的可靠性和精度。

        Frei和Beutler于1990年提出了一種快速求解整周模糊度方法(FARA),采用很少的觀測數(shù)據(jù)就能求解出整周模糊度。FARA方法的基本思想:以數(shù)理統(tǒng)計的參數(shù)估計和假設(shè)檢驗為基礎(chǔ),利用初始平差的解向量(測站坐標(biāo)和相位模糊度的實數(shù)解),以及其精度信息(方差-協(xié)方差和單位權(quán)中誤差),確定出某一置信區(qū)間;在該置信區(qū)間,確定出整周模糊度可能的整數(shù)解的組合;依次將整周模糊度的每一組合作為未知數(shù)一一代回法方程式,找出單位權(quán)中誤差σ最小的解,若σ最小顯然小于σ次最小,且從數(shù)理統(tǒng)計的觀點看基線向量及標(biāo)準方差與初始解是一致的,則σ最小對應(yīng)的解即為最終的雙差固定解。采用FARA法所需觀測時間一般雙頻接收機5~10分鐘,單頻機10~20分鐘,遷站時無需開機,只需像普通靜態(tài)定位那樣組織觀測。

        2 雙基準站操作方法

        在測區(qū)中選取的兩個固定點假設(shè)GPS接收機作為基準站,并一直保持對衛(wèi)星的跟蹤觀測,同時其他接收機在一定范圍內(nèi)流動設(shè)站作業(yè),在每個點觀測一定的時間,以確定該點到兩個基準站之間的基線向量。

        GPS快速靜態(tài)的數(shù)據(jù)處理與常規(guī)靜態(tài)測量相同,主要有基線解算、閉合環(huán)檢驗、三維平差、二維約束平差或者坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

        3 應(yīng)用實例

        某森林度假村地形測量項目采用航測成圖,比例尺1∶2000,測區(qū)高差約120米,成圖面積約20平方公里,采用無人機航拍,測區(qū)中有4平方連片公里水域,森林覆蓋率超過85%,交通條件較差,外業(yè)刺點比較困難。在測區(qū)及周邊布設(shè)了8個E級GPS點,點間平均距離2.5km,采用全野外布點法布設(shè)像控點。

        首先在測區(qū)中選擇兩個外圍的E級點(E01、E03)作為基準站,采用一臺徠卡1230和一臺華測X91觀測,其中徠卡1230設(shè)為RTK模式并接收靜態(tài)數(shù)據(jù),流動站采用2臺中緯ZGP800A接收機,每個像控點觀測一次,觀測時間不少于15分鐘,觀測時鎖定衛(wèi)星不少于5顆,GDOP值不大于6,接收機采樣率都設(shè)為10s。所有的GPS接受機都在檢定有效期內(nèi),觀測前進行了外業(yè)檢測。

        數(shù)據(jù)處理采用徠卡公司的LGO7.0軟件,基線解算均采用雙差固定解,觀測數(shù)據(jù)如圖2。

        閉合環(huán)檢驗通過后,利用E級網(wǎng)三維約束平差的結(jié)果,固定E001、E003的WGS-84坐標(biāo)進行三維約束平差,獲得像控點WGS-84坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo),再利用LGO軟件中的投影與基準模塊采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方式得到地方坐標(biāo),像控點高程通過精化水準面得到,利用精化水準面模型文件進行高程擬合,可得到較高精度的高程值。三維約束網(wǎng)平差結(jié)果如圖3。

        通過網(wǎng)平差結(jié)果可以看出除點P3459外解算精度都比較高,與常規(guī)靜態(tài)相同。作業(yè)過程中,檢測了兩個E級點,觀測時間均為20分鐘,坐標(biāo)比對較差如表1。

        整個項目采用雙基準站快速靜態(tài)模式觀測像控點79個,每天野外工作時間約10小時,平均每臺GPS接收機每天測點10個。在實際作業(yè)過程中,還有一臺徠卡1250型GPS接收機在徠卡基準站附近進行RTK作業(yè),平均每天能測點26個,整個測區(qū)181個像控點測量共用時4天。

        4 結(jié)語

        采用雙基準站GPS快速靜態(tài)測量像控點,只需要一次上點就能滿足觀測要求,像控點與兩個基準站之間形成的三邊同步環(huán)可作為GPS觀測質(zhì)量的檢核條件,在15km的范圍內(nèi)精度與常規(guī)靜態(tài)相當(dāng),因此雙基準站快速靜態(tài)速度快、精度高、勞動強度小,結(jié)合RTK的使用能快速完成像控點測量任務(wù),有效提高外業(yè)工作效率。采用徠卡1230型一類的GPS接收機,在進行RTK作業(yè)的同時又能記錄靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)用于快速靜態(tài)后處理,在像控測量中非常實用。

        參考文獻

        [1] 李征航,黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理.武漢大學(xué)出版社,2005.

        [2] GB50026-2007 工程測量規(guī)范[S].

        [3] 周忠謨,易杰軍,周琪.GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用[m].北京:測繪出版社,2006.

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