小區(qū)域GPS不同網(wǎng)型點(diǎn)位精度研究

袁德寶，崔希民，劉昌儒，洪雪倩，趙 毅，李 聰

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京 100083)

一、引 言

近年來,GPS技術(shù)得到了飛速發(fā)展，在大地測量、變形監(jiān)測等測繪領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用,特別是在各種工程測量控制網(wǎng)領(lǐng)域,GPS定位技術(shù)幾乎完全取代了常規(guī)測量方法。然而,實(shí)際測量發(fā)現(xiàn)，GPS布網(wǎng)結(jié)構(gòu)會對生產(chǎn)效率和精度產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響工程的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)際效益。為此筆者在一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了GPS不同網(wǎng)型測量試驗(yàn)，并采用一定的科學(xué)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)與分析，得到了區(qū)域內(nèi)GPS不同網(wǎng)型測量精度的比較結(jié)果，并指出了實(shí)踐中更為實(shí)用的布網(wǎng)結(jié)構(gòu)和觀測方式。

二、測量方案

1. 數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)使用3臺南方GPS-9600接收機(jī)(精度標(biāo)稱為5 mm+2×10-6D)進(jìn)行同步觀測，測量過程嚴(yán)格按照《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》(GB/T 18314—2009)中E級網(wǎng)規(guī)范進(jìn)行。

2. 網(wǎng)型設(shè)計(jì)

本文分別用4種不同網(wǎng)型方案對GPS網(wǎng)進(jìn)行了平差，其中方案Ⅰ為全部基線向量參于平差的全面網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示；方案Ⅱ?yàn)槿サ舨糠只€后的網(wǎng)連接結(jié)構(gòu)，如圖2所示；方案Ⅲ為去掉部分基線后的點(diǎn)連接結(jié)構(gòu)，如圖3所示；方案Ⅳ為保留部分基線的導(dǎo)線網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖1 全面網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖2 網(wǎng)連接結(jié)構(gòu)

圖3 點(diǎn)連接結(jié)構(gòu)

圖4 導(dǎo)線網(wǎng)結(jié)構(gòu)

三、結(jié)果分析

以方案Ⅰ的平差結(jié)果作為或然值，將其他方案平差結(jié)果分別與方案Ⅰ的平差結(jié)果進(jìn)行比較；另外，為減弱偶然誤差的影響，各方案分別使用了區(qū)域東北角的Z288點(diǎn)和區(qū)域中心的C005點(diǎn)作為起算數(shù)據(jù)。

1) 以Z288點(diǎn)作為起算數(shù)據(jù)，各網(wǎng)型較差見表1。

表1 各網(wǎng)型與方案Ⅰ較差 mm

表1中用到的計(jì)算公式有：

點(diǎn)位差值Δs

點(diǎn)位中誤差m

2) 以C005點(diǎn)作為起算數(shù)據(jù)，各網(wǎng)型較差見表2。

表2 各網(wǎng)型與方案Ⅰ較差 mm

通過對表1、表2中的數(shù)據(jù)對比分析，可以看出：

1) 方案Ⅰ的點(diǎn)位精度最高，但其他3種方案與之相差不大，全部方案中最弱點(diǎn)中誤差也只有2.89 mm，同樣可以滿足一般工程測量的精度需要。

2) 各方案的坐標(biāo)較差相當(dāng)，且較差平均值相差不大，兩組起算數(shù)據(jù)中各方案的縱橫坐標(biāo)最大差值分別是(9.7 mm,2.6 mm)、(4.6 mm,2.6 mm),對于小區(qū)域內(nèi)的工程測量完全可以滿足1∶1000甚至是1∶500的測量精度要求。

3) 各方案基線數(shù)遞減，具體來看，方案Ⅳ的基線數(shù)比方案Ⅰ少1/4，且方案Ⅰ有較多的跨圖長基線和復(fù)測基線，可以看出其工作量相對較大。

4) 各方案的觀測時(shí)段數(shù)也在遞減，但在精度相差不大的情況下，方案Ⅲ的時(shí)段數(shù)已降到了1.5(規(guī)范要求為1.6)。

5) 起算數(shù)據(jù)的不同影響了各方案的點(diǎn)位中誤差，Z288點(diǎn)作為起算數(shù)據(jù)求得的點(diǎn)位誤差比C005點(diǎn)高出一倍。

四、結(jié) 論

通過以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1) 在GPS網(wǎng)中增減觀測基線向量對成果有一定的影響，這一點(diǎn)從全部基線網(wǎng)型的平差精度最高可以看出，但這一影響并不顯著。因此，決定GPS網(wǎng)的精度和可靠性的因素主要是基線向量的觀測精度。

2) 在GPS網(wǎng)中加測跨圖長基線及增加復(fù)測基線對整網(wǎng)的坐標(biāo)及精度并沒有較大的影響。在小區(qū)域的工程測量中，若有人員及儀器的限制，可以考慮使用多邊形網(wǎng)型甚至是點(diǎn)連接網(wǎng)型，適當(dāng)減少重測點(diǎn)數(shù)，其精度同樣可以達(dá)到較高要求。

3) 對于已經(jīng)實(shí)測的網(wǎng)型，如果某一基線觀測精度不合格，可以將其刪除，構(gòu)成邊點(diǎn)混合連接或點(diǎn)連接進(jìn)行平差，同樣可以得到理想精度。

4) GPS組網(wǎng)平差的起算數(shù)據(jù)對平差結(jié)果有著較大影響，除了起算數(shù)據(jù)均勻分布外，測區(qū)中央點(diǎn)作為起算數(shù)據(jù)也應(yīng)加以重視。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李征航，黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M]. 武漢：武漢大學(xué)出版社，2010.

[2] 張正祿，李廣云．工程測量學(xué)[M]．武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.

[3] 伊?xí)詵|，李保平．變形監(jiān)測技術(shù)及應(yīng)用[M]．鄭州：黃河水利出版社，2007.

[4] 黃俊華，陳文森．連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用[M]．北京：科學(xué)出版社，2009.

[5] 張勤，李家權(quán)．GPS測量原理及應(yīng)用[M]．北京：科學(xué)出版社，2005.

[6] 吳俐民，吳學(xué)群，丁仁軍．GPS參考站系統(tǒng)理論與實(shí)踐[M]．成都：西南交通大學(xué)出版社，2006.

[7] 黃丁發(fā)，熊永良，袁林果．全球定位系統(tǒng)(GPS)—理論與實(shí)踐[M]．成都：西南交通大學(xué)出版社，2006.

[8] 李延興,胡新康. GPS 監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方案研究[J].測繪學(xué)報(bào)，1998,28(2)：62-66.