張杰

[摘要]本文主要以山區(qū)數(shù)字地形圖測量為例，通過施測一級GPS過程，就GPS控制網(wǎng)的測量中提高精度、減小誤差，提高測量效率的方法作了一些探討。

[關(guān)鍵詞]山區(qū) GPS控制網(wǎng) 誤差 優(yōu)化

[中圖分類號] P2 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-9-173-1

山區(qū)地形變化差異大，折光影響、近地面的大氣密度、待定點間通視、透明度等因素都對傳統(tǒng)的三角測量、導線測量以及高程引測帶來很大的測量障礙，也極易增大網(wǎng)形設計、傳算邊角觀測的誤差，影響控制測量的精度以及測量成果。而GPS測量具有全天侯、成本低、精度高的特點，特別是相對定位的精度基本上與待定點間構(gòu)成網(wǎng)形無關(guān)以及不需通視等，使得GPS測量的靈活性更高，可有效避免傳統(tǒng)測量存在的問題，現(xiàn)已成為測量單位首選的控制測量方式。本文以山區(qū)測量為例，通過施測一級GPS過程，就GPS控制網(wǎng)的測量中提高精度、減小誤差，提高測量效率的方法做一些探討。

1測區(qū)概況

吉林省白山地區(qū)境內(nèi)位于山區(qū)的40個村莊近9萬平方公里1：500比例尺地形圖。測區(qū)位于東經(jīng)126°59′至127°10′范圍內(nèi)，測區(qū)內(nèi)的村莊較為分散，村莊之間距離1～10公里不等，且多分布于山岙里。測區(qū)內(nèi)交通條件較好，有水泥路可通達。為更好的完成本次數(shù)字化地形圖施測，決定在測區(qū)四等以上平面控制點基礎(chǔ)上，直接布設一級GPS網(wǎng)作為基礎(chǔ)控制，每平方公里≥16個固定點。根據(jù)該市行政區(qū)劃圖可知施測的40個村約分布在500平方公里范圍內(nèi)。根據(jù)數(shù)字化地形圖施測要求以及點位精度的考慮，本次測量決定采用南方測繪儀器公司四臺套靈銳S86

GPS測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)高程精度為10mm+2ppm*D、水平精度5mm+1ppm*D，本次施測采用靜態(tài)相對定位作業(yè)模式。

2網(wǎng)形設計

本次離測已獲得測區(qū)內(nèi)3個2000年同網(wǎng)平差的已知四等控制點，采用1954年北京坐標系參考橢球幾何參數(shù)，中央子午線經(jīng)度126°。此次控制網(wǎng)施測考慮到村莊多分布在山岙且村莊之間相距較遠的現(xiàn)狀，計劃每個村莊布設3個點，其中2個點保證通視，布設124個未知點，控制網(wǎng)采用點連式。為了盡量減小尺度比誤差，以及保證GPS控制網(wǎng)在約束平差后點位坐標精度的均勻性，將已知等級的控制點納入整網(wǎng)觀測，同時適當構(gòu)成長邊圖形。對離已知點較遠的未知點和網(wǎng)邊緣的未知點采用邊連式，以增加重復基線、非同步圖形閉合條件。

3外業(yè)實施

對短基線而言，由于基線兩點距離較短，星歷誤差對短基線的兩個測站的影響基本相同，數(shù)據(jù)處理時采用差分形式，電離層和對流層對信號的延遲對基線兩端點的影響大致相同，均可忽略?？傮w分析，短基線測量誤差的主要來源有：地面起始點的誤差、衛(wèi)星的PDOP值、接收機的位置誤差、天線相位中心位置的偏差和多路徑誤差。

針對GPS信號的傳播誤差主要通過選擇合適站址的方式消除。本次所使用的接收機內(nèi)置抑制板，可有效抑制截止高度角以下反射波，可顯著削弱多路徑誤差。但因山區(qū)地形加之村莊分布特點為滿足數(shù)字測圖需要，除依據(jù)《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》關(guān)于選點外，因客觀原因，部分點選擇在山坡或存在障礙的地方，且對周圍有高于10°障礙物的點繪制GPS點的環(huán)視圖。

原則上，對5公里以內(nèi)基線長度觀測45分鐘，5～10公里觀測60分鐘，個別地區(qū)由負責人根據(jù)實際情況增加觀測時長。采樣間隔15秒，高度截止角15°。根據(jù)近30天內(nèi)星歷預報，選擇衛(wèi)星的PDOP值較小的時段觀測，同時綜合各方面因素制定觀測計劃和每天觀測表。

對每天觀測的數(shù)據(jù)進行檢查和驗收，確認觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量符合實際。采用隨機軟件進行基線處理，以合格雙差固定解作為本次短基線處理的合格解。對于軟件未能解算出合格解的基線的處理，可改變解算條件重新解算。然后對所有解算出合格固定解的基線進行檢核：包括每個時段同步觀測的數(shù)據(jù)、重復觀測邊、同步觀測環(huán)、異步環(huán)的檢核。一旦發(fā)現(xiàn)檢核超過限差，首先分析原因，平差處理后單位權(quán)中誤差一般值為0.05周以下；短基線雙差實數(shù)解、雙差固定解之間的基線向量坐標通常要求其差小于5cm。對經(jīng)過檢核以及綜合分析各種客觀因素基礎(chǔ)上超限的基線，進行野外返工，對點位不符合GPS測量要求而造成一個測站多次重測仍不能滿足各項限差技術(shù)規(guī)定時。在整網(wǎng)觀測完后重測基線、有關(guān)同步圖形或按技術(shù)設計要求另增選新點進行重測。

4結(jié)論與總結(jié)

山區(qū)地形復雜、起伏變化大，其測量誤差源多，施測中應認真分析主要誤差來源，選擇設計合適的網(wǎng)形，以有效減弱地形條件給GPS測量帶來的不利因素，盡可能提高測量的精度。GPS測量得到WGS84坐標系下的基線向量，而通常采用的是國家坐標系或獨立坐標系，應該首先確定GPS成果所采用的坐標系統(tǒng)合起算數(shù)據(jù)，即GPS網(wǎng)基準設計。若GPS測量成果需要進行坐標轉(zhuǎn)換，應該選擇或聯(lián)測足夠多的兩坐標系的公共點，一般大于3，以保證坐標系轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度和可靠性；起算點數(shù)目越多，GPS網(wǎng)和原有網(wǎng)的吻合越好，但會損失現(xiàn)有GPS網(wǎng)的測量精度，起算點為3～5個時，既能保證兩坐標系的一致，又可保證GPS網(wǎng)的測量精度；起算點在GPS網(wǎng)中應該均勻分布，避免分布在網(wǎng)中的一側(cè)；起算方位不宜過多，可以布設在網(wǎng)中的任意位置GPS網(wǎng)得到大地高，聯(lián)測水準高程后才能將高程轉(zhuǎn)換為正常高。水準聯(lián)測點應均勻分布整個測區(qū)，未知點正常高程的求解應采用內(nèi)插的方法。由于點間不需要通視，且點位精度主要取決于衛(wèi)星與測站間的幾何網(wǎng)形、觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)處理方法，因此GPS網(wǎng)的設計主要取決于用戶的要求和用途。本次測量，GPS控制網(wǎng)主要采用了點連式和邊連式，均屬于同步圖形擴展式，具有測量速度快、方法簡單、圖形強度較好等優(yōu)點。但對于高精度控制網(wǎng)易采用網(wǎng)連式，但網(wǎng)連式至少需要4臺GPS接收機，全對圖形的條件要求很強且成本較高。而混連式相鄰兩個同步圖形可能通過點、邊、網(wǎng)等形式連接，自檢性和可靠性較好，能有效發(fā)現(xiàn)粗差，在GPS工程控制網(wǎng)中廣采用。

參考文獻

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