李志軍

摘要：隨著時(shí)代的進(jìn)步，我國(guó)測(cè)繪事業(yè)也開拓了更大的發(fā)展空間，其中以空間大地測(cè)量技術(shù)為推動(dòng)其進(jìn)步的主要主力。在進(jìn)行空間大地測(cè)量中，人們大多數(shù)采用GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，因?yàn)镚PS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)不但能夠滿足與空間大地測(cè)量相關(guān)的規(guī)范和要求，而且與其它測(cè)量技術(shù)相比，更加節(jié)約時(shí)間、節(jié)約資源、效率高。本文就GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的測(cè)量方式、精度分析及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行探討。

1.GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)和測(cè)量方法

1.1 GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

與GPS RTK測(cè)量技術(shù)相比，GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)有以下特點(diǎn)：在利用GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集時(shí)，它可以和GPS RTK測(cè)量技術(shù)一樣在待測(cè)點(diǎn)上只需要對(duì)幾個(gè)歷元進(jìn)行觀察就可以得出結(jié)論，可是GPS RTK測(cè)量技術(shù)在觀察時(shí)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈通訊，然而GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)卻不需要。因此，GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)被廣泛用于路線測(cè)量、圖根測(cè)量、剖面測(cè)量、大比例地形碎部測(cè)量等一些沒有通信數(shù)據(jù)鏈測(cè)區(qū)域而且對(duì)于精確定位結(jié)果不太著急的工程測(cè)量中。

1.2 GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的測(cè)量方法

在進(jìn)行測(cè)量之前，測(cè)量者可以通過(guò)利用所掌握的測(cè)區(qū)附近的資料的方法來(lái)求取測(cè)量對(duì)象準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換參數(shù)。而后把GPS基準(zhǔn)站架設(shè)在測(cè)區(qū)內(nèi)的已知控制點(diǎn)中，然后對(duì)每一個(gè)流動(dòng)站的GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量器進(jìn)行靜態(tài)初始化。在進(jìn)行完初始化后，各個(gè)流動(dòng)站就可以采集測(cè)區(qū)的碎部點(diǎn)，而且只需要五到十秒就可以采集完成一個(gè)碎部點(diǎn)。測(cè)量人員在移動(dòng)測(cè)量?jī)x器時(shí)要保證儀器的初始化不丟失，因?yàn)橹挥羞@樣才可以對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行持續(xù)的數(shù)據(jù)采集，只要在某一個(gè)點(diǎn)初始化丟失，測(cè)量人員就要再次對(duì)儀器進(jìn)行初始化。不管是測(cè)量之前還是測(cè)量完成抑或測(cè)量過(guò)程中，只要得出測(cè)區(qū)某一碎部的測(cè)量結(jié)果，就要對(duì)其進(jìn)行坐標(biāo)檢核。在完成測(cè)區(qū)的數(shù)據(jù)采集后，測(cè)量人員還要進(jìn)行基線解算、網(wǎng)平差等方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后把求取的數(shù)據(jù)和事先在測(cè)區(qū)測(cè)取的轉(zhuǎn)換參數(shù)相結(jié)合，進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，最后各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)值就可以被求出。

2.GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)的測(cè)量精度分析

從理論上講，GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)可以達(dá)到厘米級(jí)別的定位精度。靜態(tài)初始化是保證GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量在不斷運(yùn)動(dòng)中取得厘米級(jí)測(cè)量誤差的主要因素。利用GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)只需八到十分鐘就可以完成20千米以內(nèi)測(cè)區(qū)的測(cè)量結(jié)果。完成了靜態(tài)初始化以后，測(cè)量人員就可以適當(dāng)?shù)囊苿?dòng)GPS天線來(lái)進(jìn)行GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量。在移動(dòng)的過(guò)程中，想要保證測(cè)量結(jié)果有很高的精確度，就要在移動(dòng)GPS時(shí)保證衛(wèi)星定位不中斷?？墒窃谝苿?dòng)的過(guò)程中，一旦衛(wèi)星中斷，那么定位的精準(zhǔn)度就會(huì)大大減弱，這時(shí)，檢測(cè)人員就要對(duì)GPS再次進(jìn)行初始化。只有保證在測(cè)量時(shí)有五顆以上的衛(wèi)星且流動(dòng)點(diǎn)與基準(zhǔn)線之間有20千米以內(nèi)的距離才可以利用這種檢測(cè)方式。為了對(duì)測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性和精準(zhǔn)度的分析，大多數(shù)工程部門在進(jìn)行工程作業(yè)之前都會(huì)用GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)來(lái)對(duì)測(cè)區(qū)附近已知的GPS點(diǎn)進(jìn)行三維坐標(biāo)測(cè)量，監(jiān)測(cè)點(diǎn)精度等級(jí)為GPS D級(jí)，其高程精度達(dá)到四等水準(zhǔn)點(diǎn)精度。

3.影響GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)測(cè)量精度的因素

3.1 測(cè)區(qū)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求解

基準(zhǔn)點(diǎn)的精度、密度和分布狀況都在很大程度上影響著坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解。所以，在測(cè)量時(shí)要選取在測(cè)區(qū)周圍均勻分布著的且精度高的控制點(diǎn)。從GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)現(xiàn)在的的發(fā)展水平來(lái)看，一般規(guī)定每一個(gè)測(cè)區(qū)最好選取3個(gè)到6個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。在取點(diǎn)結(jié)束后，工作人員應(yīng)該選取多個(gè)不同的基準(zhǔn)點(diǎn)的匹配方案，并且應(yīng)用多種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法來(lái)計(jì)算，最后把計(jì)算出的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行比較，從中選取殘差最小、精度最高并且能夠把整個(gè)測(cè)區(qū)都能夠檢測(cè)起來(lái)的參數(shù)。因?yàn)橐阎c(diǎn)兩套坐標(biāo)的精度和測(cè)區(qū)內(nèi)點(diǎn)位的分布狀況都關(guān)系著坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求解后的結(jié)果，因此，可以說(shuō)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)具有一定的區(qū)域性，所以它只能夠?qū)θΧǖ膮^(qū)域和與其相近的外側(cè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.2 選擇適合的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方式

近些年來(lái)，被廣泛應(yīng)用的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法有兩種（兩種的種類名稱）：赫爾墨忒轉(zhuǎn)換法是其中一種，它的工作原理是：坐標(biāo)從WGS84基準(zhǔn)到地方橢球基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換，它是利用地圖投影的原理，從而得到想要的網(wǎng)格坐標(biāo)；把WGS84坐標(biāo)直接轉(zhuǎn)換成地方網(wǎng)格坐標(biāo)是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換最直接的方式。測(cè)區(qū)已知點(diǎn)的分布狀況和需要監(jiān)測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度是決定測(cè)量人員選擇哪一種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法的重要因素。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)監(jiān)測(cè)人員并沒有得到精確的橢球和地圖投影信息，最常見的是選取將WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地方網(wǎng)格坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換方式。

3.3 選擇適合的野外作業(yè)方法

如果是由于控制點(diǎn)精度較低或者是分布不均勻的原因造成測(cè)區(qū)求解后的轉(zhuǎn)換參數(shù)精度低，可以得出結(jié)果后在測(cè)區(qū)架設(shè)兩臺(tái)基準(zhǔn)站來(lái)彌補(bǔ)因控制點(diǎn)精度低而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換參數(shù)精度較低的問題。其中具體做法如下：在基準(zhǔn)站的選取上，在測(cè)區(qū)內(nèi)選取兩個(gè)相距2千米到5千米左右的測(cè)量區(qū)域而且是測(cè)量結(jié)果中精度最高的控制點(diǎn)，然后在這兩個(gè)控制點(diǎn)上分別架設(shè)一臺(tái)GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)站，其它的流動(dòng)站GPS和上一次測(cè)量一樣進(jìn)行準(zhǔn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集。最后進(jìn)行采集的數(shù)據(jù)處理，架設(shè)的兩個(gè)基準(zhǔn)站采集的所有基線都要進(jìn)行求解，并且對(duì)這兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)平差計(jì)算，如此一來(lái)，求解出的結(jié)果精準(zhǔn)度就會(huì)有所提高，而且比之前的數(shù)據(jù)更加具有代表性，最終對(duì)這兩個(gè)基準(zhǔn)站測(cè)量出的結(jié)果進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換。

3.4 后續(xù)數(shù)據(jù)處理方式

在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中求解基線時(shí)要保證整周未知數(shù)都能夠被準(zhǔn)確的解出，以此來(lái)保證GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量具有較高的精準(zhǔn)度。如果整周未知數(shù)解出的結(jié)果與與實(shí)際不符或者根本解不出來(lái)，該點(diǎn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)就應(yīng)該被舍棄或者被重新測(cè)量。在數(shù)據(jù)的后續(xù)處理中，剔除基線解粗差是其必要解算環(huán)節(jié)，它是保證測(cè)區(qū)點(diǎn)位擁有較高精準(zhǔn)度和可靠性的主要前提。

4.造成GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差的因素及其預(yù)防措施

在對(duì)GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量進(jìn)行精度分析時(shí)，筆者認(rèn)為有以下四個(gè)影響測(cè)量結(jié)果的主要因素：

（1）進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的誤差

在進(jìn)行數(shù)據(jù)的參數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)換參數(shù)產(chǎn)生的誤差在很大程度上對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響。如果在轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)，計(jì)算出的結(jié)果是錯(cuò)誤的或者有很大的誤差，不管測(cè)區(qū)中每個(gè)測(cè)點(diǎn)檢測(cè)得出的結(jié)果多么的精確，其最終的結(jié)果都會(huì)是錯(cuò)誤的。因此，在進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，所選擇的轉(zhuǎn)換點(diǎn)必須要均勻的分布于測(cè)區(qū)的周圍，而且在進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)要選擇多組數(shù)據(jù)，而后進(jìn)行分析，以此來(lái)減少甚至避免粗差和錯(cuò)誤的產(chǎn)生。

（2）基準(zhǔn)站位置選取不合理

監(jiān)測(cè)時(shí)，基準(zhǔn)站沒有架設(shè)在測(cè)區(qū)的中心區(qū)域，或者基準(zhǔn)站的周圍存在一些干擾衛(wèi)星信號(hào)和無(wú)線電波發(fā)射物體等，都會(huì)對(duì)觀測(cè)的數(shù)據(jù)造成影響。因?yàn)榛鶞?zhǔn)站架設(shè)位置的準(zhǔn)確與否直接影響著觀測(cè)的結(jié)果。

（3）作業(yè)人員操作器械產(chǎn)生的誤差

當(dāng)作業(yè)人員對(duì)接收機(jī)進(jìn)行對(duì)中、整平等操作時(shí)，或多或少會(huì)產(chǎn)生一些數(shù)據(jù)誤差。通過(guò)提高作業(yè)人員的觀測(cè)水平、一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行多次觀測(cè)等方法都可以降低操作產(chǎn)生的誤差。

5. GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的觀測(cè)建議

5.1盡量縮短測(cè)區(qū)中參考站與流動(dòng)站之間的距離。

隨著觀測(cè)距離的拉長(zhǎng)，觀測(cè)誤差也會(huì)隨之增加，然而增加的多少則由轉(zhuǎn)換參數(shù)能夠控制的范圍和精度決定的。所以，在觀測(cè)時(shí)應(yīng)該盡可能的縮短參考站與流動(dòng)站之間的距離，以如今的技術(shù)來(lái)看，兩站的距離在3千米到五千米之間為宜。

5.2 謹(jǐn)慎的選取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)控制點(diǎn)

在進(jìn)行測(cè)區(qū)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求解時(shí)，要選取精度高的控制點(diǎn)而且盡可能的避免“外推”點(diǎn)的選取，以此來(lái)保證最終得出的結(jié)果最為精確。

5.3 選取開闊的測(cè)區(qū)

在測(cè)區(qū)的選擇上，要盡可能的選擇寬廣的地方，而且測(cè)點(diǎn)的選取應(yīng)該盡量的避免障礙物，要保證至少有五顆衛(wèi)星的前提下進(jìn)行測(cè)量，否則測(cè)量的精度將會(huì)大大減弱。

結(jié)語(yǔ)：總而言之，GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)雖然有一些缺陷，可是經(jīng)過(guò)以后的精化和操作人員的細(xì)致操作，測(cè)量的結(jié)果一定會(huì)更加精確。而且GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都會(huì)有非常廣泛的應(yīng)用，而且發(fā)展前景也是相當(dāng)?shù)膹V闊。