淺談GPS測繪存在誤差及有效提高定位精度

麥衛東

（從化市土地開發整理中心，廣東 從化 510900）

淺談GPS測繪存在誤差及有效提高定位精度

麥衛東

（從化市土地開發整理中心，廣東 從化 510900）

筆者論述了GPS測量誤差的來源，并指出在土地整理測繪項目中提高GPS控制測量平面和高程精度的手段和措施，對實際工作有一定的指導作用。

土地整理測繪；GPS衛星測量；誤差；定位；精度

近年來，我市國土資源部門依據土地利用總體規劃和土地開發整理規劃，對部份地區的土地進行了集中整理開發。為了保障該項工作的順利開展，首先要獲取準確的野外地形資料，在時間緊、工作區域分散等不利條件下，工作過程中普遍采用了GPS技術，保證了數據資料的精度和工程的進度。

1 GPS的誤差來源

我們在利用GPS進行定位測量時，會受到諸多因素的影響，產生定位誤差。影響GPS定位精度的因素一般可分為以下四類：

1.1 與GPS衛星有關的因素

1.1.1 信號誤差

美國政府從其國家利益出發，通過降低廣播星歷精度，在GPS基準信號中加入高頻抖動信號等方法，人為降低普通用戶利用GPS進行導航定位時的精度。

1.1.2 衛星星歷誤差

在進行GPS定位時，計算在某時刻GPS衛星位置所需的衛星軌道參數是通過各種類型的星歷提供的，但不論采用哪種類型的星歷，所計算出的衛星位置都會與其真實位置有所差異，這就是所謂的星歷誤差。

1.1.3 衛星鐘差

衛星鐘差是 GPS衛星上所安裝的原子鐘的鐘面時與 GPS標準時間之間的誤差。

1.1.4 衛星信號發射天線相位中心偏差

衛星信號發射天線相位中心偏差是GPS衛星上信號發射天線的標稱相位中心與其真實相位中心之間的差異。

1.2 與傳播途徑有關的因素

1.2.1 電離層延遲

由于地球周圍的電離層對電磁波的折射效應，使得GPS信號的傳播速度發生變化，這種變化稱為電離層延遲。電磁波所受電離層折射的影響與電磁波的頻率以及電磁波傳播途徑上電子總含量有關。

1.2.2 對流層延遲

由于地球周圍的對流層對電磁波的折射效應，使得GPS信號的傳播速度發生變化，這種變化稱為對流層延遲。電磁波所受對流層折射的影響與電磁波傳播途徑上的溫度、濕度和氣壓有關。

1.1.3 多路徑效應

由于接收機周圍環境的影響，使得接收機所接收到的衛星信號中還包含有各種反射和折射信號的影響，這就是所謂的多路徑效應。

1.3 與接收機有關的因素

1.3.1 接收機鐘差

接收機鐘差是GPS接收機所使用的鐘的鐘面時與GPS標準時之間的差異。

1.3.2 接收機天線相位中心偏差

在 GPS測量時，觀測值都是以接收機天線的相位中心位置為準的，而天線的相位中心與其幾何中心，在理論上應保持一致。

1.3.3 接收機軟件和硬件造成的誤差

在進行GPS定位時，定位結果還會受到諸如處理與控制軟件和硬件等的影響。

1.3.4 接收機的位置誤差

接收機天線相位中心相對測站標石中心位置的誤差，叫接收機位置誤差。其中包括天線置平和對中誤差、盆取天線高誤差。在精密定位時，要仔細操作，以盡量減少這種誤差影響。在變形監測中，應采用有強制對中裝置的觀測墩。

1.3.5 周跳

周跳也稱為失周。在精密的GPS相對定位中采用的觀測值是相位觀測值。相位觀測值是接收機本機振蕩產生的相位與接收到的衛星載波相位之差，在測量時，只能測到不足1周的小數部分（可準到0.01周）。

周跳對點位坐標的影響。在GPS相位測量中，觀測數據中大于10周的周跳，在數據預處理時不難發現，可予以消除。然而，小于10周的周跳，特別是1～5周的周跳，以及半周跳和1/4周跳則不易發現，而對含有周跳的觀測值，周跳的影響視為觀測的偶然誤差，因而嚴重影響坐標的精度。

據拉查佩利的統計，一個周跳對經度、緯度、高程的影響為：

△L＝0.03－0.06 m

△L＝0.10－0.18 m

△L＝0.14－0.16 m

然而，即使只有一個衛星殘存有一個周跳，也會使該次定位點位坐標有幾毫米至幾厘米的誤差。由此可見，凡精度要求達到厘米級或分米級的GPS定位測量，都必須清除觀測數據中的全部周跳。

1.4 其他

（1）控制網布設不合理或起算數據利用不合理引起的誤差。（2）GPS控制部分人為或計算機造成的影響。

（3）由于 GPS控制部分的問題或用戶在進行數據處理時引入的誤差等。

（4）數據處理軟件的影響。

（5）數據處理軟件的算法不完善對定位結果的影響。

2 提高GPS定位精度的有效方法

作業單位在利用GPS進行定位作業時，為了提高GPS的定位精度，應該從硬件和作業手段兩個方面加以改進，以提高GPS的定位精度。

2.1 硬件的改進

2.1.1 采用合適的GPS接受機作業

當基線邊長大于10 km時，采用雙頻接收機。雙頻接收機的優點是：①可以基本消除電離層延遲對點位坐標的影響，點間距離可達100 km；②在快速靜態和動態測量中觀測時間比單頻機短。

當基線邊長小于10 km時，可以采用單頻接收機。單頻接收機的優點是：①需要電子元件較大，對微處理器的要求較低，不需要昂貴的互相關器或Z碼發生器，產品數量大，價格只有雙頻接收機的一半；②不易出故障，平均無故障時間（MBFT）約為8 000 h；③不受DODP碼保密的限制；④邊長短于10 km時比雙頻結果精度高；⑤功耗低、體積小、重量輕，給外業帶來方便。其缺點是：①點間距離超過20～30 km時，定位精度受到電離層、對流層延遲的影響。凡點位相對精度要求 2×10－6時，邊長不宜超過20～30 km；②在快速靜態和動態測量中觀測時間比雙頻接收機長。

2.1.2 作業前對GPS接受機進行鑒定

綜上所述，GPS接收機常存在鐘誤差、通道間的偏差、鎖相環延遲、碼跟蹤環偏差、天線相位中心偏差等，所以必須先了解儀器性能、工作特性及其可能達到的精度水平。它是制定GPS作業計劃的依據，也是GPS定位測量順利完成的重要保證，所以對GPS測量儀器必須先進行作業前的檢驗，沒有檢驗的儀器是不能用于作業的。

2.2 作業方法和手段的改進

2.2.1 設計的要求

由GPS測量的誤差源可以看出，GPS網的設計已免除了測角、邊角同測和測邊網等的傳統要求，它不需要點間通視，也不需要考慮布設什么樣的圖形，不需要設立在制高點上（哪里需要就可以設置在哪里），所以GPS網的設計非常靈活。但也應注意以下幾個問題：①除特殊需要外，一般GPS基線長度相差不宜過大，這樣可使GPS測量的精度分布均勻；②GPS網不要有開放式的網型結構，應構成封閉式閉合環和子環路；③若條件允許，應構成連續三角網型結構，有利于提高整網的精度和點位精度的均勻分布。

2.2.2 選點的要求

選點的要求：①點位應便于接收設備的架設和操作，視野開闊，被測衛星的地平高度角應大于15 °；②應盡量消除多路徑影響，防止GPS信號通過其他物體反射到GPS天線上，因此應避開強反射的地面，避開強反射環境，如山谷、山坡、建筑物等；③避開強電磁波干擾，設站應遠離雷達站、電臺、微波中繼站等。

2.2.3 觀測的要求

觀測的要求：①觀測時應該嚴格對中，觀測前和觀測后兩次量取儀器高；有特殊要求的可以建立觀測墩，以減小對中誤差；②要有足夠的觀測時間，保證野外觀測數據的可靠性和有效性。

2.2.4 計算

要進行觀測數據的檢驗，對同步環、異步環、復測基線按規范進行統計分析，無效數據應進行重測，保證數據的可靠性。

平面坐標起算數據和高程起算數據應該均勻分布在網中，以提高平面和高程的擬合精度；特別是高程起算點的分布是否合理，對高程擬合精度有很大的影響，應采用水準測量的方式，將高程均勻引測到測區平均高程面控制點上，且起算高程點在控制網中要布設均勻。

3 結束語

（1）GPS控制布網靈活，操作簡單，有利于提高工作效率，降低生產成本，提高測量速度和工作效益。

（2）GPS控制只要觀測數據可靠，平面起算數據和高程起算數據設置合理，能得到較好的平面精度和高程精度。

（3）靜態 GPS作業，基線較長時要適當延長觀測時間，以取得良好的觀測數據。

（4）GPS網選點很重要，一定要按照規范要求進行合理選點，地平高度角大于15 °，上方應該比較開闊，沒有遮擋，同時遠離雷達站、電臺、微波中繼站等。

（5）合理選用控制起算資料，使起算控制點均勻分布在網中，提高精度。

Discussion on Existing Errors of GPS Mapping and how to I m prove the Location Accuracy

Mai Weidong

The author discusses the sources of GPS measurement error, and points out the means and measures to improve the GPS control survey’s accuracy and elevation in the land consolidation and mapping project. It w ill provide some guidance for the actual work.

and consolidation mapping; GPS satellite measurement; error; location; accuracy

P228.4

A

1000－8136（2010）36－0016－02