GPS網(wǎng)中基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量及位置分布對(duì)精度的影響分析*

李金生,楊學(xué)鋒,馬 馳

(1.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,遼寧沈陽(yáng)110122;2.遼寧省交通高等專科學(xué)校,遼寧 沈陽(yáng) 110122)

0 引 言

GPS技術(shù)以其高精度、高效率、全天候觀測(cè)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用在測(cè)繪工作中,特別是高等級(jí)平面控制網(wǎng)的布設(shè)過(guò)程中。GPS的測(cè)量成果屬于WGS-84坐標(biāo)系,而實(shí)際工程中需要的是轉(zhuǎn)換到國(guó)家或地方坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。轉(zhuǎn)換過(guò)程中,GPS網(wǎng)的絕對(duì)基準(zhǔn)需借助于地面高等級(jí)已知點(diǎn),因此,所借助的基準(zhǔn)點(diǎn)的位置、數(shù)量及其穩(wěn)定性直接決定了GPS網(wǎng)最后平差結(jié)果的精度[1]。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,由于所選的基準(zhǔn)點(diǎn)的位置和數(shù)量不適當(dāng)以及所選基準(zhǔn)點(diǎn)由于一些人為因素而產(chǎn)生顯著位移,從而導(dǎo)致GPS網(wǎng)在轉(zhuǎn)換到地面坐標(biāo)系的過(guò)程中產(chǎn)生變形,這將嚴(yán)重影響到GPS網(wǎng)最后平差結(jié)果的精度[2]。就GPS網(wǎng)中基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量及分布對(duì)網(wǎng)的精度的影響做了一些討論分析。

1 基準(zhǔn)點(diǎn)的組合方式

在GPS網(wǎng)中,基準(zhǔn)點(diǎn)可能有若干個(gè),如何確定基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量,以及如何分配基準(zhǔn)點(diǎn)的位置,會(huì)直接影響到GPS網(wǎng)的精度[3]。下面就對(duì)沈陽(yáng)市某控制網(wǎng)中五個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行不同數(shù)量及不同位置的組合,并將其作為約束條件,利用Gpsndps軟件進(jìn)行平差,分析比較平差結(jié)果,得出相關(guān)結(jié)論。

1.1 沈陽(yáng)某控制網(wǎng)網(wǎng)形

本GPS控制網(wǎng)中五個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)分別為001、008 、010、015 、019,相互之間的位置關(guān)系如圖 1 所示。

圖1 沈陽(yáng)某控制網(wǎng)示意圖

1.2 基準(zhǔn)點(diǎn)的配置方案

在已知基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量較多的情況下,選擇基準(zhǔn)點(diǎn)的個(gè)數(shù),從多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)中選擇若干個(gè)點(diǎn)進(jìn)行組合,當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)個(gè)數(shù)確定后選擇基準(zhǔn)點(diǎn)的分布位置。

1)以基準(zhǔn)點(diǎn)的個(gè)數(shù)情況進(jìn)行配置,配置情況如表1所示。

表1 以基準(zhǔn)點(diǎn)的個(gè)數(shù)情況進(jìn)行配置

2)以基準(zhǔn)點(diǎn)的位置情況進(jìn)行配置,配置情況如表2所示。

表2 以基準(zhǔn)點(diǎn)的位置情況進(jìn)行配置

2 基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量對(duì)GPS網(wǎng)精度的影響

為了比較地面基準(zhǔn)點(diǎn)的個(gè)數(shù)不同時(shí)GPS定位成果的變化,可以將各種配置情況下純GPS點(diǎn)(未參與約束平差的基準(zhǔn)點(diǎn))的坐標(biāo)和聯(lián)測(cè)邊的方位與所有基準(zhǔn)點(diǎn)都參與約束平差計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較,對(duì)比分析兩種計(jì)算結(jié)果,可得到各種配置方案中方位角和坐標(biāo)的最大較差,誤差結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 基準(zhǔn)點(diǎn)個(gè)數(shù)不同時(shí)GPS網(wǎng)精度分析表

由表3可以看出:

1)利用不同組合的約束平差基準(zhǔn),將得到不同的GPS坐標(biāo),說(shuō)明GPS網(wǎng)不可能完全附和在地面網(wǎng)中,其點(diǎn)位誤差Fs與該點(diǎn)到約束基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離有關(guān),如方案2中010、015、019三個(gè)純GPS點(diǎn)(未參與約束平差的基準(zhǔn)點(diǎn))中019的點(diǎn)位偏差最大,而019點(diǎn)與約束基準(zhǔn)點(diǎn)(001、008)的距離也最遠(yuǎn)。

2)方案7和方案8的方位較差較小,而其它方案的方位較差都在2.5 s左右。同時(shí),方案7和方案8中點(diǎn)位偏差也較小。則可以說(shuō)明,在選擇約束點(diǎn)時(shí),應(yīng)該盡量少用兩點(diǎn)或三點(diǎn)和點(diǎn)位分布不當(dāng)(方案4和方案6)的情況。

3)基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量的選擇應(yīng)考慮到控制網(wǎng)的用途、等級(jí)、精度要求、網(wǎng)形及規(guī)模等多種因素,客觀地講,約束點(diǎn)越多,可使GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)附和得越好,而使GPS網(wǎng)本身的觀測(cè)精度受到損害,反之,則可保持GPS定位固有的高精度,但無(wú)法提供準(zhǔn)確的地面坐標(biāo)系坐標(biāo)。

所以,應(yīng)盡可能聯(lián)測(cè)較多的基準(zhǔn)點(diǎn),可以有效的檢驗(yàn)其精度是否可靠一致,并且有選擇地剔除[4]。

3 基準(zhǔn)點(diǎn)的位置對(duì)GPS網(wǎng)精度的影響

GPS網(wǎng)中基準(zhǔn)點(diǎn)的誤差和點(diǎn)位分布都會(huì)最終影響到GPS網(wǎng)約束平差的精度[5]。為了檢查GPS網(wǎng)中基準(zhǔn)點(diǎn)的位置對(duì)GPS定位精度的影響,把不作約束條件的基準(zhǔn)點(diǎn)當(dāng)作是純GPS控制點(diǎn),計(jì)算它們之間的方位﹑距離,并與其在地面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值進(jìn)行比較,各種方案最大較差見(jiàn)表4。

表4 基準(zhǔn)點(diǎn)位置不同時(shí)GPS網(wǎng)精度分析表

首先對(duì)以上八種方案中各點(diǎn)的位置特點(diǎn)進(jìn)行分析,分析結(jié)果如表5所示。

表5 GPS網(wǎng)中基準(zhǔn)點(diǎn)分布情況

由表4～5可以看出:

1)方案1和方案5精度較差,說(shuō)明基準(zhǔn)點(diǎn)不能位于網(wǎng)的一側(cè)或某一個(gè)角落。

2)對(duì)于只含有兩個(gè)約束點(diǎn)的方案,由方案2、3、4可以看出,兩約束點(diǎn)間距離增大時(shí),精度有所提高(表現(xiàn)在方位角較差減小,相對(duì)較差增大),而當(dāng)距離繼續(xù)增大使兩點(diǎn)均位于控制網(wǎng)邊界附近時(shí)(方案4),相對(duì)較差又突然降低。

3)對(duì)于含有三個(gè)約束點(diǎn)的方案,由方案5、6、7可以看出,點(diǎn)間距離較近且位于控制網(wǎng)一個(gè)角落的方案5精度較差,而點(diǎn)間距離較大且三點(diǎn)同時(shí)位于網(wǎng)內(nèi)部的方案6精度較好,而當(dāng)點(diǎn)間距離繼續(xù)增大而使三點(diǎn)均位于邊界處的方案7,其方位角較差又有所降低。

4)由上面的結(jié)果可知,在選擇約束點(diǎn)時(shí),應(yīng)使其位于網(wǎng)形的中央位置,而不能使其位于某一角落(如方案1和方案5),如果是帶狀網(wǎng)形,不應(yīng)使基準(zhǔn)點(diǎn)位于網(wǎng)的一端。

5)一般來(lái)說(shuō),點(diǎn)間距離越大,則起始點(diǎn)的坐標(biāo)誤差對(duì)基線方位及邊長(zhǎng)的影響越小,但從方案4和方案7可知,在GPS網(wǎng)中,約束基準(zhǔn)點(diǎn)太靠近網(wǎng)邊界處反而會(huì)使精度降低。

6)本檢查方法用純GPS點(diǎn)(未參與約束的基準(zhǔn)點(diǎn))間的方位﹑距離和其在地面網(wǎng)中的值進(jìn)行比較,方案8只有1個(gè)純GPS點(diǎn),所以無(wú)法檢查。

4 結(jié) 論

1)若要求所布設(shè)的GPS網(wǎng)的成果與舊成果吻合最好,則基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量越多越好,若不要求所布設(shè)的GPS網(wǎng)的成果完全與舊成果吻合,一般可選3～5個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)(至少2個(gè)),這樣既可以保證新老坐標(biāo)成果的一致性也可以保持GPS網(wǎng)的原有精度。

2)為保證整網(wǎng)的點(diǎn)位精度均勻,基準(zhǔn)點(diǎn)一般應(yīng)均勻地分布在GPS網(wǎng)的周圍。為了提高精度,盡量在離開(kāi)控制網(wǎng)中央但未到達(dá)邊界的地方布設(shè)幾個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn),同時(shí)要避免所有的基準(zhǔn)點(diǎn)分布在網(wǎng)中一側(cè)的情況。

總之,選擇GPS網(wǎng)約束基準(zhǔn)點(diǎn),要同時(shí)兼顧基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量及位置分布。

[1]邵永強(qiáng),李淑慧,祁芳.GPS控制網(wǎng)公共點(diǎn)兼容性問(wèn)題研究[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào),2003,17(3):36.

[2]寧戰(zhàn)國(guó),邢慧敏.關(guān)于礦區(qū)GPS網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)選取的試驗(yàn)研究[J].能源技術(shù)與管理,2006,(5):382.

[3]劉大杰,施一民,過(guò)靜珺.全球定位系統(tǒng)的原理與數(shù)據(jù)處理[M].同濟(jì)大學(xué)出版社,1996.

[4]張予杰,楊紅艷.GPS控制網(wǎng)與地面網(wǎng)聯(lián)合平差的兼容性分析[J].全球定位系統(tǒng),2002,27(3):35-36.

[5]刑繼紅.GPS網(wǎng)起始數(shù)據(jù)的誤差分析[J].地理空間信息.2006,4(4):13-15.