車載GPS連續(xù)跟蹤測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪地形圖中的應(yīng)用

河南省測(cè)繪工程院 李存文 蘇春耀 肖天豪

車載GPS連續(xù)跟蹤測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪地形圖中的應(yīng)用

河南省測(cè)繪工程院 李存文 蘇春耀 肖天豪

隨著河南省經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和HNCORS系統(tǒng)在河南省測(cè)繪地理信息產(chǎn)業(yè)中的綜合利用，數(shù)字城市規(guī)劃和國(guó)土資源信息監(jiān)測(cè)等工作對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性和更新頻率有了越來(lái)越高的要求。目前，地形圖要素更新技術(shù)主要包括全野外數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)和遙感技術(shù)。在某些特定場(chǎng)合，全野外數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)與遙感技術(shù)相比具有費(fèi)用高、成圖周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，如何快速、高效地獲取符合要求的道路要素?cái)?shù)據(jù)是測(cè)繪工作者所面臨的一大難題。本文，筆者結(jié)合實(shí)際案例，闡述了車載GPS技術(shù)的測(cè)量流程以及車載GPS測(cè)量的誤差來(lái)源。

一、作業(yè)流程

1.設(shè)備部分。包括GPS儀器1臺(tái)（如Trmble 5700、Trmble R8、LEICA GX1230GG）和小汽車1部。

2.操作部分。使用HNCORS系統(tǒng)，將GPS流動(dòng)站儀器接收機(jī)天線（帶基座）固定在汽車頂部，利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)線或藍(lán)牙與GPS控制器建立連接，啟動(dòng)流動(dòng)站開始測(cè)量，最后完成初始化操作。利用車載GPS流動(dòng)站信號(hào)接收機(jī)在汽車靜止?fàn)顟B(tài)下對(duì)某一點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，并與車載GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核比較，特別是對(duì)車載GPS的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)改正，在確保數(shù)據(jù)正確后方可進(jìn)行下一步的作業(yè)。測(cè)量作業(yè)流程如下所示。

（1）在GPS控制器中對(duì)需要測(cè)量地形點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并選為自動(dòng)存儲(chǔ)。對(duì)測(cè)量點(diǎn)成果的限差要求進(jìn)行設(shè)置。

（2）利用GPS控制器自帶軟件的“連續(xù)地形”功能，選取按等距離或等時(shí)間記錄數(shù)據(jù)，對(duì)記錄數(shù)據(jù)精度進(jìn)行設(shè)置控制，對(duì)數(shù)據(jù)超限的部分不予記錄。

（3）由1人負(fù)責(zé)駕駛車輛，另1人在車內(nèi)負(fù)責(zé)指引行車路線，第3人在車內(nèi)負(fù)責(zé)GPS控制器的操作，共3人進(jìn)行車載GPS連續(xù)跟蹤測(cè)量作業(yè)。

（4）導(dǎo)出GPS手簿數(shù)據(jù)，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后方可使用。

二、車載G PS測(cè)量的誤差來(lái)源及控制

1.與衛(wèi)星信號(hào)傳播有關(guān)的誤差。主要包括大氣折射誤差和多路徑效應(yīng)。這2種誤差對(duì)RTK的影響十分顯著，在距離較遠(yuǎn)或流動(dòng)站周圍有障礙時(shí)，誤差可達(dá)50～100 mm。為了消除大氣的折射誤差，在實(shí)際作業(yè)中，可采用雙頻觀測(cè)，衛(wèi)星高度角設(shè)置為15°左右。在消除多路徑效應(yīng)方面，可在接收側(cè)機(jī)設(shè)置多徑抑制。在樹林、河邊、高樓附近等復(fù)雜地形處測(cè)設(shè)時(shí)，適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間也能減小多徑效應(yīng)的影響。

2.與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。主要包括天線相位中心位置偏差誤差和儀器的對(duì)中誤差。天線相位中心位置偏差在毫米級(jí)，對(duì)RTK定位影響不大。為消除儀器的對(duì)中誤差，在架設(shè)基準(zhǔn)站時(shí)應(yīng)嚴(yán)格對(duì)中整平，盡量減小基準(zhǔn)站的對(duì)中誤差。在流動(dòng)站放樣時(shí)，應(yīng)在圓水準(zhǔn)器氣泡居中時(shí)檢查各點(diǎn)位的精度，以消除流動(dòng)站不對(duì)中所帶來(lái)的誤差。另外，在工地校正時(shí)采用的控制點(diǎn)坐標(biāo)精度和控制點(diǎn)在測(cè)區(qū)分布的均勻程度等數(shù)據(jù)也直接影響到測(cè)量結(jié)果的精度。

3.車載GPS RTK測(cè)量的誤差來(lái)源及控制。除了要考慮常規(guī)RTK測(cè)量外，還應(yīng)考慮汽車在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)傾斜時(shí)所帶來(lái)的測(cè)量誤差。

（1）當(dāng)GPS流動(dòng)站衛(wèi)星接收天線安裝在2車輪軸線的正上方，且汽車車輪均在正常的地面行駛（如地面無(wú)凸凹坑洼處）時(shí)，此時(shí)車載GPS連續(xù)跟蹤測(cè)量作業(yè)采集GPS高程數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)保持一致。

（2）當(dāng)GPS流動(dòng)站衛(wèi)星接收天線安裝在2車輪軸線正上方時(shí)，汽車某1個(gè)車輪行駛在地面凹洼之處時(shí)，此時(shí)車載GPS連續(xù)跟蹤測(cè)量作業(yè)采集到的GPS高程數(shù)據(jù)比實(shí)際點(diǎn)位的高程數(shù)據(jù)要小，對(duì)平面數(shù)據(jù)的影響不大。

（3）當(dāng)GPS流動(dòng)站衛(wèi)星接收天線安裝在2車輪軸線的正上方，當(dāng)汽車某1個(gè)車輪行駛在地面凸出之處時(shí)，此時(shí)車載GPS連續(xù)跟蹤測(cè)量作業(yè)采集到的GPS高程數(shù)據(jù)比實(shí)際點(diǎn)位的高程數(shù)據(jù)要大，對(duì)平面數(shù)據(jù)的影響不大。

三.應(yīng)用實(shí)例

1.本文，筆者對(duì)車載GPS連續(xù)跟蹤測(cè)量硬化路面采集高程點(diǎn)的高程成果進(jìn)行了常規(guī)檢核（采用數(shù)字全站儀和常規(guī)GPS-RTK技術(shù)）。檢核公式如下：

在式（1）中，Hi為所示常規(guī)檢核測(cè)量高程，Hi為車載測(cè)量高程，△Hi為高程差值。

2010年12月，筆者在平輿縣1∶10 000地形圖的測(cè)繪過(guò)程，檢測(cè)圖幅內(nèi)硬化路面內(nèi)業(yè)的高程點(diǎn)，共約1 600點(diǎn)，采用車載GPS連續(xù)跟蹤測(cè)量進(jìn)行檢測(cè)。

2.在泌陽(yáng)縣地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用。筆者2011年6月在泌陽(yáng)縣數(shù)字花園1∶5 000高程點(diǎn)補(bǔ)測(cè)過(guò)程中，采用車載GPS連續(xù)跟蹤測(cè)量采集高程點(diǎn)，部分地物（如新增等級(jí)路）采用車載GPS連續(xù)跟蹤測(cè)量采集平面點(diǎn)。

車載GPS連續(xù)跟蹤測(cè)量與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比，在采集精度、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)，特別適合河南省1∶10 000基礎(chǔ)測(cè)繪任務(wù)道路和高程數(shù)據(jù)采集工作。并可快速地對(duì)新增等級(jí)公路進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，利用汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人力模式，節(jié)省了大量的人力和物力。