基于GPS定位的成都某工程測量技術(shù)研究

文鵬 薛愚愚 方強

摘 要：該文基于筆者多年從事城市工程測量的相關(guān)工作經(jīng)驗，以GPS單點定位在城市工程測量中的應(yīng)用為研究對象，論文探討了BERNESE 5.0軟件數(shù)據(jù)處理流程、IGS精密星歷等關(guān)鍵技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，筆者結(jié)合案例進(jìn)行了分析，結(jié)果表明精密單點定位完全滿足城市工程測量的日常需要，全文是筆者長期工作實踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：GPS單點定位 城市工程測量 BERNESE 5.0 精密星歷

中圖分類號：TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（c）-0-02

GPS相對定位技術(shù)，通過組成雙差觀測值消除接收機鐘差、衛(wèi)星鐘差等公共誤差及削弱對流層延遲、電離層延遲等相關(guān)性強的誤差影響，來達(dá)到提高精度的目的，這種作業(yè)方式無需考慮復(fù)雜的誤差模型，具有解算模型簡單、定位精度高等優(yōu)勢。網(wǎng)絡(luò)RTK的出現(xiàn)更是將差分GPS技術(shù)發(fā)揮到了極致，通過發(fā)布差分改正信息實現(xiàn)了高精度的實時動態(tài)定位，由于其方便、快捷、高效的作業(yè)技術(shù)方法，得到了快速的發(fā)展。我國各大城市、地區(qū)相繼建立了各自的CORS系統(tǒng)。但是，這種網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)也存在著不足，如受到通訊網(wǎng)絡(luò)、覆蓋范圍等條件的限制，城市工程測量中通常工期較緊、要求效率較高，當(dāng)測區(qū)范圍內(nèi)需要少數(shù)控制點而CORS系統(tǒng)無法使用的時候，如果建立靜態(tài)GPS控制網(wǎng)，則大大影響了作業(yè)效率，提高了作業(yè)成本。精密單點定位技術(shù)是利用載波相位觀測值以及IGS等組織提供的精度衛(wèi)星星歷及鐘差來進(jìn)行高精度單點定位的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)厘米定位精度，完全滿足城市工程測量的需求。目前，在一些發(fā)達(dá)國家精密單點定位技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在我國這項技術(shù)在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用相對較少。

為了實現(xiàn)GPS單點定位達(dá)到厘米級精度，必須解決如下關(guān)鍵問題：①在定位過程中需要同時采用相位和偽距觀測值；②衛(wèi)星軌道精度需達(dá)到厘米水平；③衛(wèi)星鐘差改正精度需達(dá)到納秒量級；④需要考慮更精確的誤差改正模型。實質(zhì)上，衛(wèi)星位置和衛(wèi)星鐘差是影響精密單點定位精度的重要因素。該文主要從IGS提供的各種精密星歷和鐘差改正相關(guān)產(chǎn)品著手，利用國際著名導(dǎo)航定位軟件BERNESE 5.0進(jìn)行計算，分析快速星歷和最終星歷以及不同采樣間隔星歷鐘差產(chǎn)品對靜態(tài)單點定位精度的影響，進(jìn)而討論GPS單點定位技術(shù)在城市工程測量中的應(yīng)用。

1 BERNESE 5.0軟件數(shù)據(jù)處理

到目前為止，國際上GPS高精度單點定位軟件主要有美國噴氣推進(jìn)實驗室的GIPSY軟件、瑞士伯爾尼大學(xué)的BERNESE軟件、德國地學(xué)研究中心的EPOS軟件。

GIPSY軟件只供科研使用，不供商用，且不提供源代碼，EPOS軟件應(yīng)用范圍較為局限，主要在歐洲國家使用，也是以科研為主，而BERNESE軟件可以商用，且提供源代碼，使用較為廣泛。圖1中給出了BERNESE 5.0單點定位數(shù)據(jù)處理的簡要流程，主要包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、鐘差改正、誤差模型改正、預(yù)處理和參數(shù)估計，除了得到測站坐標(biāo)之外，還可以選擇輸出對流層、電離層、接收機鐘差等參數(shù)的估計結(jié)果。

2 IGS精密星歷

隨著GPS定軌理論和技術(shù)的提高，軌道計算數(shù)學(xué)模型的完善，以及全球跟蹤站數(shù)目的增多和跟蹤站分布的改善，IGS確定GPS衛(wèi)星軌道的精度有了明顯的提高。目前，國際IGS服務(wù)局提供的事后精密衛(wèi)星星歷的精度已優(yōu)于5 cm，精密衛(wèi)星鐘差的精度已達(dá)0.1 ns。其提供的精密衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品包括：超快速產(chǎn)品（Ultra Rapid）、快速產(chǎn)品（Rapid）和最終產(chǎn)品（Final）3種，它們在精度、時延、更新率和采樣率方面是不同的。如表1所示。

由表1知IGS給出的快速星歷和最終星歷在采樣率和精度指標(biāo)上均相同，那么快速星歷和最終星歷對靜態(tài)精密單點定位精度的影響是否相同，在實際應(yīng)用中是否需要等待最終產(chǎn)品解算精密單點定位，下面將用實例進(jìn)行比較分析。

3 實例數(shù)據(jù)分析

該文選用成都CORS系統(tǒng)基準(zhǔn)站的觀測數(shù)據(jù)，分別選取超快速星歷（實測部分）和最終星歷，以及相對應(yīng)的鐘差改正文件，利用BERNESE 5.0軟件進(jìn)行精密單點定位計算，假設(shè)該站已知的精確坐標(biāo)為真值，將兩種單點定位結(jié)果分別與之求差，求得點位中誤差，進(jìn)而比較分析。

為了分析數(shù)據(jù)處理結(jié)果的統(tǒng)計特性，且避免誤差偶然性，該文將全觀測數(shù)據(jù)分為24個時段，分別使用兩種精密星歷進(jìn)行單點定位計算。

圖2中給出了使用兩種精密星歷單點定位的點位誤差，可以看出采用超快星歷和最終星歷的精度均在±0.06 m之內(nèi)，大部分時段是在±0.03 m范圍之內(nèi)，14：00～20：00之間的誤差相對較大，與廣州地區(qū)活躍的電離層活動有關(guān)，兩種結(jié)果相比較，使用最終星歷的單點定位精度相對較高，但并不明顯。

為了更加詳細(xì)地比較兩種精密星歷對單點定位結(jié)果的影響，對兩種精密星歷定位結(jié)果的坐標(biāo)分量分別求差，進(jìn)一步分析X、Y、Z分量較差，可以得出坐標(biāo)分量較差均在±0.02 m范圍之內(nèi)，這種差異對于城市工程測量來說影響并不算大，因此不必等到最終星歷的發(fā)布，可以直接使用超快速星歷進(jìn)行單點定位，從而保證了精密單點定位技術(shù)在城市工程測量當(dāng)中的可

用性。

4 結(jié)語

目前精密單點定位在靜態(tài)定位方面理論已經(jīng)比較成熟，采用高精度GPS計算軟件以后處理方式得到的定位結(jié)果已完全可以達(dá)到厘米級精度。該文分別選取超快速星歷和最終星歷兩種精密星歷文件，利用BERNESE 5.0軟件進(jìn)行計算，對全天24個時段的結(jié)果進(jìn)行分析，可以看出，無論采用何種精密星歷以及提供的鐘差改正參數(shù)，解算結(jié)果均處于厘米級精度水平，兩種測量結(jié)果相差甚微，完全可以滿足城市工程測量的日常需要。隨著美國GPS現(xiàn)代化的逐步完成，以及Galileo系統(tǒng)的正式運行，偽距碼和多頻觀測值的增加，可以大大提高精密單點定位的精確性和可靠性，相信精密單點定位技術(shù)在城市測量中將會發(fā)揮更大的作用。

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