山區(qū)城市GPS控制測(cè)量及其高程精度分析

【摘要】GPS是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，其具有全天候作業(yè)、全球連續(xù)覆蓋、定位精度高、觀測(cè)效率高等優(yōu)點(diǎn)，GPS測(cè)量技術(shù)現(xiàn)已成為測(cè)繪領(lǐng)域當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。在我國(guó)有著很多山區(qū)城市，由于受地理?xiàng)l件等因素的限制，采用傳統(tǒng)的測(cè)量方法很難對(duì)這些山區(qū)城市進(jìn)行高精度測(cè)量。而應(yīng)用GPS對(duì)山區(qū)城市進(jìn)行測(cè)量，則不會(huì)受到各種條件的限制，并且還能進(jìn)一步提高測(cè)量精度。基于此點(diǎn)，本文就山區(qū)城市GPS控制測(cè)量及其高程精度分析進(jìn)行淺談。

【關(guān)鍵詞】山區(qū)；GPS控制測(cè)量；高程精度

一、GPS控制測(cè)量概述

按照工作性質(zhì)對(duì)GPS控制測(cè)量進(jìn)行分類，可分為以下兩方面內(nèi)容：一是內(nèi)業(yè)工作，包括測(cè)量前期技術(shù)設(shè)計(jì)、測(cè)量后期數(shù)據(jù)處理以及測(cè)量技術(shù)總結(jié)等；二是外業(yè)工作，包括測(cè)量前期選點(diǎn)、設(shè)置測(cè)站標(biāo)志、埋石、野外觀測(cè)作業(yè)以及作業(yè)結(jié)果檢查等。一般情況下，GPS控制測(cè)量流程分為以下階段，即設(shè)計(jì)GPS控制網(wǎng)、選點(diǎn)、埋石、野外觀測(cè)、質(zhì)量檢驗(yàn)、測(cè)量數(shù)據(jù)處理以及測(cè)量報(bào)告編制。GPS控制測(cè)量的技術(shù)性要求較高，在測(cè)量工作中，應(yīng)以滿足測(cè)量精度和可靠性為前提，降低成本費(fèi)用支出，提高測(cè)量人員工作效率，同時(shí)，還應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、精心組織各個(gè)測(cè)量階段。GPS控制測(cè)量作業(yè)要嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范，根據(jù)GPS定位技術(shù)、GPS接收機(jī)硬件和軟件技術(shù)情況，確定GPS控制測(cè)量的時(shí)間、測(cè)量作業(yè)要求以及數(shù)據(jù)處理要求。根據(jù)《GPS測(cè)量規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，可將GPS控制網(wǎng)依據(jù)測(cè)量精度劃分為不同的級(jí)別。

GPS控制測(cè)量工作要根據(jù)由高級(jí)至低級(jí)、由整體至局部的原則建立控制網(wǎng)，通過控制網(wǎng)實(shí)現(xiàn)控制和碎部測(cè)量。GPS控制網(wǎng)按照測(cè)定點(diǎn)的位置不同分為平面控制網(wǎng)測(cè)量（即測(cè)定點(diǎn)的平面位置工作）和高程控制測(cè)量（即測(cè)定點(diǎn)的高程工作）。現(xiàn)階段，外業(yè)工作已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，主要包括全站儀導(dǎo)線測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量、首級(jí)控制測(cè)量。

二、山區(qū)城市GPS控制測(cè)量及其高程精度分析

（一）GPS控制測(cè)量的具體步驟

本次測(cè)量中采用的是南方測(cè)繪儀器公司自主研發(fā)的北極星9600型GPS測(cè)量系統(tǒng)，并以靜態(tài)相對(duì)定位的方式開展測(cè)量工作，具體步驟如下：

1.對(duì)短基線測(cè)量的誤差來源進(jìn)行分析。就短基線而言，因其兩個(gè)端點(diǎn)間的距離相對(duì)較短，所以在數(shù)據(jù)處理時(shí)，可以采用差分的方法。通常情況下，對(duì)流層與電離層對(duì)測(cè)量信號(hào)的延遲對(duì)兩個(gè)端點(diǎn)的影響基本相同，而星歷誤差對(duì)兩個(gè)觀測(cè)站的影響也大致類似。故此，這些因素全部可以忽略不計(jì)。換言之，短基線測(cè)量誤差的來源主要包括以下幾個(gè)方面：多路徑誤差、接收機(jī)的位置誤差、天線偏差、地面起始點(diǎn)誤差以及GPS衛(wèi)星的PDOP值。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，需要對(duì)這些誤差采取相應(yīng)的措施加以控制，這樣能夠進(jìn)一步提高測(cè)量結(jié)果的精確度。

2.選點(diǎn)。站址的選擇在GPS控制測(cè)量過程中是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，選擇合適的站址，能夠有效消除GPS信號(hào)的傳播誤差。在具體選擇時(shí)，除了應(yīng)當(dāng)按照CJJ73-1997規(guī)程中規(guī)定的選點(diǎn)要求之外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)周圍高于10°的障礙物繪制GPS點(diǎn)環(huán)視圖。此外，GPS觀測(cè)站之間雖然不需要相互通視，但在對(duì)山區(qū)城市進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)減除多路徑效應(yīng)的影響。為此，觀測(cè)站應(yīng)當(dāng)盡可能遠(yuǎn)離面積較大的水面，并避開高層建筑物，觀測(cè)過程中汽車停放位置應(yīng)當(dāng)與測(cè)站保持一定的距離。

3.觀測(cè)。在實(shí)際觀測(cè)時(shí)，可按照最近30d的星歷預(yù)報(bào)，選取衛(wèi)星POPD值相對(duì)較小的時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)，并依據(jù)點(diǎn)位的選擇情況，再結(jié)合GPS點(diǎn)環(huán)視圖、基線具體長(zhǎng)度等相關(guān)因素，制定出合理可行的觀測(cè)計(jì)劃和日觀測(cè)表。觀測(cè)人員則可根據(jù)實(shí)地情況有選擇地增加觀測(cè)時(shí)段的長(zhǎng)度，這樣能夠獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

4.數(shù)據(jù)處理。當(dāng)每日的觀測(cè)工作完成之后，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行下載，然后按照相關(guān)規(guī)程、技術(shù)設(shè)計(jì)對(duì)外業(yè)全部資料進(jìn)行檢查驗(yàn)收，具體包括如下內(nèi)容：成果是否與規(guī)程要求相符、觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析是否與實(shí)際情況相符等等。觀測(cè)人員可以采用隨機(jī)軟件對(duì)基線進(jìn)行處理，并以合格的雙差固定解作為短基線處理的合格解。對(duì)于某些基線的處理，若是軟件無法解算出合格解時(shí)，可以通過改變解算條件的方法進(jìn)行重新解算，如改變歷元間隔、改變高度截止角、禁止無效歷元等等。該環(huán)節(jié)完成之后，需要對(duì)全部解算出來的合格固定解的基線進(jìn)行檢驗(yàn)核對(duì)。如果檢驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)超限的情況時(shí)，必須對(duì)具體原因進(jìn)行認(rèn)真分析。

5.野外返工。對(duì)于經(jīng)過檢驗(yàn)核對(duì)，并且進(jìn)行綜合分析之后超限的基線，必須進(jìn)行野外返工。具體包括以下兩種情況：其一，當(dāng)一個(gè)控制點(diǎn)無法與兩條合格的獨(dú)立基線相連接時(shí)，則必須將之納入到下一日的觀測(cè)計(jì)劃當(dāng)中，同時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)觀測(cè)網(wǎng)形進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保補(bǔ)測(cè)或是重測(cè)不少于1條獨(dú)立基線；其二，當(dāng)舍棄基線后的獨(dú)立環(huán)含有的基線數(shù)量小于等于10時(shí)，因點(diǎn)位于GPS測(cè)量要求不符而導(dǎo)致某個(gè)測(cè)站多次重復(fù)測(cè)量仍然無法滿足限差技術(shù)規(guī)定時(shí)，應(yīng)當(dāng)在整網(wǎng)觀測(cè)完畢之后，對(duì)基線進(jìn)行重測(cè)。

（二）高程精度的控制措施

1.天線高的準(zhǔn)確測(cè)量。造成GPS高程誤差的重要原因之一為天線高測(cè)量不準(zhǔn)確。一般情況下，野外作業(yè)通常量取天線的斜高，即在天線圓盤間隔大致120°的3個(gè)方向上分別量取天線高，如此反復(fù)測(cè)量3次，在保證3次測(cè)量結(jié)果差值小于3mm的情況下取平均值。必須注意的是，如果在野外作業(yè)時(shí)采用的天線類型不同，則要密切關(guān)注天線相對(duì)中心在高度上的變化量。

2.對(duì)GPS網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。GPS網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)在一定程度上影響著GPS控制網(wǎng)的測(cè)量精度，其中，網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)中的各站點(diǎn)基線數(shù)目和基線權(quán)陣是主要影響因素。在測(cè)量過程中，要根據(jù)測(cè)量需要以及GPS接收機(jī)觀測(cè)作業(yè)的情況，優(yōu)化設(shè)計(jì)GPS控制網(wǎng)的幾何圖形結(jié)構(gòu)。在城市發(fā)展規(guī)劃和地形條件的影響下，山區(qū)城市GPS控制網(wǎng)的網(wǎng)形呈現(xiàn)出不規(guī)則狀態(tài)，其基線邊的長(zhǎng)短相差偏大。

3準(zhǔn)確解算相位整周未知數(shù)。相位整周未知數(shù)的正確解算有利于確保控制點(diǎn)三維坐標(biāo)值的計(jì)算精確性。現(xiàn)階段，相位整周未知數(shù)的解算要以充足的觀測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，所以必須確保站點(diǎn)上的觀測(cè)時(shí)間要超過2h，對(duì)短邊觀測(cè)要運(yùn)用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)和快速靜態(tài)RTK技術(shù)，通過雙頻接收機(jī)快速獲取整周未知數(shù)。

結(jié)論：

總而言之，我國(guó)大部分山區(qū)的地形起伏都相對(duì)較大，基于這一前提，使得待定點(diǎn)之間無法通視，并且接近于地面高度的大氣密度也比較大，整體透明度較差，折光過程會(huì)受到嚴(yán)重影響，這樣一來，導(dǎo)致了傳統(tǒng)的導(dǎo)線測(cè)量、三角測(cè)量以及高程引測(cè)等難度較大，并且傳統(tǒng)測(cè)量的網(wǎng)形設(shè)計(jì)的各項(xiàng)誤差均會(huì)對(duì)測(cè)量成果的精度造成影響。GPS控制測(cè)量以其自身所具有的全天候、高精度、費(fèi)用低、工作效率高等特點(diǎn)，成為山區(qū)城市測(cè)繪過程中的首選方法。在實(shí)際應(yīng)用中，需要采取相應(yīng)的措施確保高程精度，這是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1]李國(guó)波.方廣杰.GPS測(cè)量控制網(wǎng)網(wǎng)形的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報(bào).2009（4）.

[2]宋良學(xué).周開元.中小城市首級(jí) GPS控制網(wǎng)布測(cè)方案的選擇[J].科技資訊.2008（2）.

[3]張小紅.郭雯.李星星.林曉靜.GPS/GLONASS組合精度單點(diǎn)定位研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào).2010（1）.

[4]吳紅躍.GPS控制網(wǎng)的布設(shè)和衡量指標(biāo)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2011（9）.