基于不同差分模式下手持式GPS平面定位精度的分析

郭 敏,葛小三,李春意

(河南理工大學測繪與國土信息工程學院,河南 焦作 454003)

0 引 言

手持GPS在測量工作中很有優(yōu)越性,但是在高精度要求的測量工作中還是有所欠缺,手持GPS在不同的測量模式下精度也有所不同,但最高精度也只能達到亞米級[1-3]。所以,如何將手持GPS測量精度提高并應用到高精度的測量工作中去?即如何提高手持GPS定位精度及工作效率是目前測繪工作者研究的熱點。本文從不同的定位模式著手,分析如何提高手持GPS的定位精度。

1 實 例

1.1 試驗區(qū)概況及試驗條件

河南理工大學地勢比較平坦,控制點周圍有少許水源,校區(qū)內教學樓和辦公樓的外圍有很多已知點,這些控制點精度可以達到毫米級,控制點周圍有少許水源,實驗區(qū)能滿足測量要求。測繪工程實驗室擁有Trimble Geoxt 2005手持式GPS接收機、控制點分布圖及控制點坐標、GPS pathfinder office 后處理軟件。

1.2 試驗方案設計

包括兩種數據采集模式前的準備工作,其中坐標轉換是一項非常重要的工作。

手持GPS單點定位得到是WGS-84坐標,而用戶需要的是地方坐標,這就關系到坐標的轉換問題[1,3]。Trimble geoxt 2005 手持式GPS坐標轉換需要后處理軟件GPS pathfinder office軟件。

1)建立坐標系統(tǒng):打開GPS pathfinder office軟件,選擇坐標系統(tǒng)管理器，如圖1所示;進入坐標系統(tǒng)管理器,單擊編輯-增加橢球;輸入定義坐標系統(tǒng)的名稱“beijing54”、地球的長半軸“6378245 m”、扁率“298.3”;增加基準轉換/Molodensky,編輯“基準轉換參數”;點擊“編輯”進入增加坐標系統(tǒng)組,名稱輸入“beijing54”,點擊確定,點擊“編輯”-“增加坐標系統(tǒng)”選擇投影方式:“橫軸墨卡托投影”，添加坐標系統(tǒng),選擇新建的坐標系統(tǒng)名稱“beijing54”，再確認。在投影帶參數名稱中,可以采用投影帶中央子午線數值命名。

圖1 GPS pathfinder office界面

2)聯測高精度已知點:為求得高精度的地方坐標,根據具體情況聯測已知點,確保已知點精度高且在實驗區(qū)周圍盡量均勻分布。對于手持GPS Trimble Geoxt來說,則需要借助GPS Pathfinder Office 軟件完成。在GPS Pathfinder Office 中選擇-坐標系統(tǒng),打開重新采集已知點時創(chuàng)建的數據文件,選擇“選項”中“建立局域點”,如圖2所示,將測量點與已知點坐標添加完畢后進行解算,參差小于1 m,則證明校正成功。注意并不是把所有的已知點都加上,只要能很好地控制試驗區(qū)的范圍就可以,所以選擇的點盡量在試驗區(qū)周圍,形成控制網的形式,以便提高地方坐標的精度。

圖2 創(chuàng)建點向量

點擊“創(chuàng)建點”屬于要表示的點名,點擊“創(chuàng)建并應用”,這時的坐標系統(tǒng)就轉換為以點的方式體現當地的局域點。打開“坐標系統(tǒng)管理器”,輸出到手持GPS里面,在坐標系統(tǒng)里選擇“點”,這時在野外采集的所有點要素在現場隨時都可以表示為當地坐標。

1.3 實時差分模式采集數據

實時差分是一種廣域差分技術,目的就是為了實時獲得差分衛(wèi)星所發(fā)出的實時改正數據,以得到更高的精度。用手持GPS進行數據采集,采集模式選擇“實時設置”,坐標系統(tǒng)設置為建立的beijing54,高度參考設置為平均海水面,等待改正衛(wèi)星信號的獲得。新建文件并打開,在此輸入相關參數同時要選擇相關要素,進行數據采集，如圖3所示,將采集的數據輸入到電腦中,最后導入到“GPS Pathfinder Office”軟件中進行處理。

圖3 數據采集

1.4 實時差分模式數據處理

分別對這四個點進行30 s和60 s的觀測,兩次實測值及坐標差值如表1所示。選取實驗區(qū)內已知點0601:x=3 895 500.928 m,y=431 931.921 m; 0602:x=3 895 636.017 m,y=431 912.086 m;K01:x=3 895 703.823 my=431 937.392 m; 0607:x=3 895 725.023 m,y=432 014.709 m;其中0607點在樹蔭下。

由表1可見,觀測時長對手持GPS精度是有所影響的,連續(xù)觀測30 s點位誤差可以達到2 m左右,而觀測60 s點位誤差在1 m左右,有些點位可以達到亞米級。這說明多次觀測取平均值可以減小誤差。其中0607號點距離教學樓和樹木較近,點位誤差達到5 m左右,所以樓房樹木對GPS信號的影響比較大,精度會大大降低。由此可見手持GPS在信號比較好(不受遮擋)的情況下,完全能滿足小比例尺測圖的要求。

表1 觀測時長對手持GPS實時差分精度的影響

1.5 后差分改正數據采集模式

此模式所需兩臺Geoxt手持GPS接收機,一臺手持GPS接收機做靜態(tài)觀測,接收時間不少于 30 min,首先做基準站的Geoxt手持GPS接收機開機,新建文件夾的時候文件類型要設置為“基準站”,輸入已知點的坐標,固定不動進行數據記錄[2]。接著另一部手持機開機和以上敘述的數據采集步驟一樣,記錄時間間隔設置為1 s,連續(xù)跟蹤時;要保證不少于 5 顆衛(wèi)星并且不發(fā)生衛(wèi)星失鎖的現象;否則導致GPS Pathfinder Office 中進行數據的差分改正出現問題,無法生成基準站數據。野外基準站和流動站數據采集結束后;需要在室內完成內業(yè)數據處理。需要注意:數據采集完之后首先關閉流動站,再關閉基準站,保證基準站文件時間完全覆蓋流動站時間?；鶞收居涗洉r間間隔要與流動站一樣。手持機數據利用 GPS pathfinder office軟件中的數據傳輸功能把數據導入到計算機中。在 GPS pathfinder office中選擇功能“差分改正”,分別添加流動站文件和基準站數據文件,選擇“載波和代碼處理”進行差分數據改正。

1.6 后差分處理精度分析

將沒有差分改正前的數據精度和差分改正后的數據進行對比,可以發(fā)現差分改正后數據不管是水平位置精度還是垂直位置精度都有很大的提高[4-6]。數據差分改正之前,精度一般在2～3 m間變化,而進行差分數據改正之后,數據精度一般在0.5 m左右,提高了手持GPS精度,如表2所示。

表2 后差分處理有精度分析

由表2得知在基準站與流動站距離足夠近的情況下,利用差分GPS定位技術大大消除了相關的誤差,例如星鐘誤差和星歷誤差、電離層延遲和對流層延遲誤差。0607號點受樹遮擋,定位精度不太高,其它定位點的精度比實時采集模式下都大大提高,如果選擇的點不受多路徑誤差影響或影響較少,定位精度一般會在0.5m內。0602號點就是校區(qū)東西大道上,離水面、大樹及大樓等比較遠,該點的定位精度比較高。

2 結束語

以河南理工大學已知點為依據,對手持GPS數據采集模式和方法進行了探討,得出不同的環(huán)境條件、不同的模式,定位精度差別很大,只要把握好精度的要求,手持GPS在1∶50000或更小比例尺測圖中會發(fā)揮更大的作用。

[1]鄧 勇, 張正祿,黃江雄,等.工程測量中的坐標轉換相關問題探[J].測繪科學,2011,36(5):28-30.

[2]高建東,雷郁文.利用后差分技術提高手持GPS的定位精度[J].探物與探化,2006.30(5):447-448.

[3]張 兵.手持GPS在小范圍內坐標轉換參數計算及應用[J].內蒙古石油化工,2009(8):86-87.

[4]謝峰珠,薛永安,郭衛(wèi)民.Trimble Geo RTK 手持GPS定位精度分析與應用研究[J].礦山測量,2012(1):12-14,17.

[5]王 劍.手持GPS差分測量誤差分析及應用[J].水利采煤與管道運輸,2012(1):87-88.

[6]李克曉,李鳳友,劉煥玲,等.手持GPS定位精度與誤差的研究[J].全球定位系統(tǒng),2011,36(6):83-86,91.