張想平

（蘭州市城市建設(shè)設(shè)計(jì)院，甘肅 蘭州 730030）

1 前言

在測(cè)繪生產(chǎn)過(guò)程中，我們經(jīng)常要對(duì)測(cè)繪外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種全面的檢查，并應(yīng)用各種計(jì)算工具和數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平差解算，這個(gè)過(guò)程就是我們常說(shuō)的測(cè)量平差過(guò)程。在此過(guò)程中，對(duì)原始數(shù)據(jù)觀測(cè)中產(chǎn)生的各種測(cè)量誤差進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)是一項(xiàng)非常重要的工作。我們經(jīng)常要分析各種誤差產(chǎn)生的原因，應(yīng)用一定的數(shù)學(xué)模型來(lái)消除和減弱各種誤差對(duì)測(cè)量成果精度的影響[1-3]。近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代高端測(cè)繪技術(shù)——CORS技術(shù)是全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）的技術(shù)革新，是實(shí)時(shí)、高效、高精度獲取空間數(shù)據(jù)信息的重要手段，它的出現(xiàn)，給全球衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)時(shí)定位技術(shù)帶來(lái)了巨大的進(jìn)步，大大提高了測(cè)量的工作效率和定位精度，為地理空間數(shù)據(jù)的獲取提供了統(tǒng)一基準(zhǔn)[4-5]。隨著技術(shù)的發(fā)展與完善，CORS正逐步替代傳統(tǒng)的測(cè)量方法。因此，分析和研究CORS技術(shù)觀測(cè)過(guò)程中各種誤差來(lái)源，探究消除或減弱其誤差對(duì)觀測(cè)成果精度的影響，對(duì)進(jìn)一步提高測(cè)繪成果質(zhì)量具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

2 CORS 技術(shù)的誤差源分析

分析CORS技術(shù)的定位誤差，目的就是通過(guò)綜合各種誤差源，分析流動(dòng)站與參考站之間相關(guān)誤差源，建立改正模型計(jì)算改正數(shù)，通過(guò)差分消除或減弱來(lái)自各方的誤差影響，實(shí)現(xiàn)高精度、可靠的實(shí)時(shí)定位功能。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，CORS技術(shù)的定位誤差主要分為與衛(wèi)星相關(guān)的誤差、與信號(hào)傳播相關(guān)的誤差、與人相關(guān)的誤差三大類型。與衛(wèi)星相關(guān)的誤差主要包括：基準(zhǔn)站和流動(dòng)站衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)測(cè)量噪聲影響等；與信號(hào)傳播相關(guān)的誤差則有：電離層延遲誤差、對(duì)流層延遲誤差、多路徑效應(yīng)、地形條件的影響等；與人相關(guān)的誤差有：觀測(cè)過(guò)程中的相位中心偏差改正誤差、流動(dòng)站對(duì)中桿的對(duì)中誤差、觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短和選擇時(shí)間段的影響等人為觀測(cè)誤差。除此之外，平差計(jì)算中解算者對(duì)解算軟件的選擇、對(duì)解算軟件的熟練程度等，都會(huì)給平差解算帶來(lái)一定的人為誤差[6-8]。上述三大類誤差按誤差規(guī)律劃分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差，其中與衛(wèi)星相關(guān)的誤差、與信號(hào)傳播相關(guān)的誤差主要以系統(tǒng)誤差的影響為重；與人相關(guān)的誤差則以偶然誤差的影響為主。由于系統(tǒng)誤差具有規(guī)律可循，可通過(guò)一定的數(shù)學(xué)模型和幾何方法消除或者減弱，比如星歷誤差、鐘差、電離層影響、對(duì)流層影響等，可以使用差分的技術(shù)進(jìn)行消除；偶然誤差具有隨機(jī)性，產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，是無(wú)法完全消除的，但我們可以通過(guò)一些技術(shù)手段減弱其影響。在CORS 技術(shù)的偶然誤差中，基準(zhǔn)站的誤差與基準(zhǔn)站建設(shè)的環(huán)境和技術(shù)力量等諸多因素有關(guān)，基準(zhǔn)站的選址和建設(shè)應(yīng)嚴(yán)格符合相關(guān)要求[9]；作為用戶部分，消除CORS 技術(shù)的偶然誤差影響，首先要選擇接收信號(hào)強(qiáng)，具備抗多路徑效應(yīng)的扼流圈或抑制板天線的GPS接收機(jī)；在進(jìn)行觀測(cè)時(shí)應(yīng)盡量選擇周圍環(huán)境開(kāi)闊的區(qū)域，特別是在控制測(cè)量中，控制點(diǎn)點(diǎn)位應(yīng)選擇在離開(kāi)高大建筑物、水域等易產(chǎn)生多路徑效應(yīng)的地物以及微波站、無(wú)線電發(fā)射塔等200 m以外的地方；控制點(diǎn)應(yīng)有15°以上地平高度角的衛(wèi)星通視條件，困難地區(qū)高度角大于15°的遮擋物在水平投影范圍總和不超過(guò)30°；數(shù)據(jù)解算時(shí)，基線解應(yīng)為固定解，當(dāng)基線長(zhǎng)度大于15 km時(shí)，在無(wú)法獲取固定解時(shí)也可以選擇浮點(diǎn)解[10]。

3 已知點(diǎn)內(nèi)符合精度法

CORS技術(shù)的定位精度與CORS基準(zhǔn)站間距有著密切的關(guān)系：基準(zhǔn)站平均間距≥70 km時(shí)，定位精度為分米級(jí)；基準(zhǔn)站平均間距≤70 km時(shí)，定位精度為厘米級(jí)。為了對(duì)應(yīng)用CORS技術(shù)測(cè)量成果的精確性和可靠性全面掌控，我們可以對(duì)其測(cè)量結(jié)果抽取一定數(shù)量點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。CORS定位精度的檢測(cè)方法有靜態(tài)已知點(diǎn)檢測(cè)方法、與后處理結(jié)果比較的檢測(cè)方法、動(dòng)態(tài)規(guī)則幾何圖形檢測(cè)、固定基線長(zhǎng)度相對(duì)檢測(cè)方法等，這些方法受檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)量和分別范圍以及方法自身可靠性等因素的影響，其應(yīng)用受到一定的限制，其中已知點(diǎn)內(nèi)符合精度法是最實(shí)用和行之有效的檢測(cè)方法。

所謂已知點(diǎn)內(nèi)符合精度法就是在測(cè)區(qū)內(nèi)選取點(diǎn)位分布均勻的3～4個(gè)CORS技術(shù)測(cè)量成果作為布設(shè)GPS加密控制網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)，在進(jìn)行三維約束平差或二維平面約束平差時(shí)，由于我們已經(jīng)選定了參考橢球轉(zhuǎn)換模型（橢球轉(zhuǎn)換參數(shù)及中央子午線等數(shù)據(jù)），使得3個(gè)（及以上）已知點(diǎn)之間在數(shù)據(jù)解算中相互制約，該制約成果集中反映在平差信息（點(diǎn)位中誤差和單位全中誤差）和相鄰點(diǎn)坐標(biāo)分量殘差、相鄰邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差等重要信息中，我們根據(jù)這些信息可以清楚地判斷出這些已知點(diǎn)之間的內(nèi)符合精度，從而檢測(cè)出CORS誤差對(duì)測(cè)繪成果結(jié)果影響的大小是否符合相應(yīng)技術(shù)要求。該方法對(duì)檢測(cè)點(diǎn)的平面精度和高程精度均適用，實(shí)用、方便，簡(jiǎn)單明了，在CORS技術(shù)定位誤差分析中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

4 應(yīng)用實(shí)例

應(yīng)用實(shí)例：某產(chǎn)業(yè)園區(qū)是蘭州新區(qū)管委會(huì)落實(shí)《甘肅省“十三五”石油和化學(xué)工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、積極推動(dòng)在蘭大型產(chǎn)業(yè)基地出城入園和加快蘭州新區(qū)石化產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展而大力建設(shè)的新規(guī)劃產(chǎn)業(yè)園區(qū)。為改善招商引資環(huán)境，推動(dòng)蘭州石化快速搬遷，蘭州新區(qū)管委會(huì)決定實(shí)施蘭州新區(qū)經(jīng)三十六路北延段、石化十八路、石化四路等道路網(wǎng)工程勘察設(shè)計(jì)任務(wù)，本單位順利承擔(dān)了該道路網(wǎng)工程。三條道路總長(zhǎng)度為約21 km，路幅寬度30～50 m，為城市主干道。該工程要求進(jìn)行道路定測(cè)和縱、橫斷面測(cè)量。由于該項(xiàng)目位于蘭州新區(qū)新開(kāi)發(fā)地區(qū)，測(cè)區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)測(cè)繪資料十分匱乏，且已知點(diǎn)位分別不均（主要分別在測(cè)區(qū)南面10 km外），遠(yuǎn)離測(cè)區(qū)。為節(jié)約成本，提高工作效率，我們?cè)跍y(cè)區(qū)應(yīng)用CORS技術(shù)獲得3個(gè)D級(jí)GPS控制點(diǎn)FD08、SH18、SH14，并和測(cè)區(qū)南面已有的1個(gè)D級(jí)GPS控制點(diǎn)一起作為布設(shè)E級(jí)GPS首級(jí)控制網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)，共布設(shè)GPS控制點(diǎn)9個(gè)。在進(jìn)行GPS網(wǎng)平差時(shí)，我們將測(cè)區(qū)南邊的Q23作為未知點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，并應(yīng)用已知點(diǎn)內(nèi)符合精度法對(duì)應(yīng)用CORS技術(shù)獲得的FD08、SH18、SH14三個(gè)已知點(diǎn)的精度進(jìn)行了檢測(cè)。通過(guò)解算發(fā)現(xiàn)，Q23的解算成果與原已知坐標(biāo)數(shù)據(jù)相比，X、Y較差分別為0.68 cm和0.64 cm。該控制網(wǎng)平差結(jié)果信息和二維平差中相鄰點(diǎn)坐標(biāo)分量殘差、相鄰邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差結(jié)果如下：

（1）當(dāng)前坐標(biāo)系統(tǒng)：1996中川鎮(zhèn)坐標(biāo)系。

（2）多余觀測(cè)數(shù)=30。

（3）已知點(diǎn)數(shù)=3。

（4）總點(diǎn)數(shù)=9。

GPS基線向量數(shù)=22 地面邊長(zhǎng)數(shù)=0

地面方位角=0

旋轉(zhuǎn)角（GPS-＞地面）=-0.082 284 438（dms）

尺度（GPS-＞地面）=294.251 5（ppm）

中央子午線=103.355 4（dms）

橢球長(zhǎng)軸=637 824 5.000（m）

橢球扁率分母=298.3 PVV=18.365（cm^2）

M0=0.782（cm）

（5）最弱邊各項(xiàng)平差指標(biāo)，見(jiàn)表1。

（6）二維平差相鄰點(diǎn)坐標(biāo)分量及其相對(duì)中誤差，見(jiàn)表2。

表2 GPS網(wǎng)中各基線向量鄰點(diǎn)坐標(biāo)分量及其相對(duì)中誤差

通過(guò)以上兩表的信息可以看出，該控制網(wǎng)點(diǎn)位中誤差和單位全中誤差都較小，相鄰點(diǎn)坐標(biāo)分量殘差在1 mm以內(nèi)，最大相鄰邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/448000,符合規(guī)范要求[11]?？梢钥闯?，該控制網(wǎng)已知點(diǎn)內(nèi)符合精度非常好。

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，基于CORS技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)RTK控制測(cè)量成果平面精度一般均小于5 cm,在點(diǎn)位分別均勻，點(diǎn)之間距離較大（相距1.5 km以上），點(diǎn)位周圍地勢(shì)開(kāi)闊時(shí)，網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量結(jié)果受各種來(lái)源誤差影像較小，完全可以作為GPS控制網(wǎng)D級(jí)以下的起算數(shù)據(jù)；其高程測(cè)量成果一般可達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求，極個(gè)別情況下，點(diǎn)之間的高差較差超過(guò)了四等水準(zhǔn)閉合差的要求，此時(shí)需進(jìn)行四等水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)。隨著GNSS的快速發(fā)展，特別是我國(guó)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的日益成熟，只要我們應(yīng)用一定的技術(shù)防范對(duì)CORS測(cè)繪成果隨時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，就能夠隨時(shí)檢測(cè)出CORS技術(shù)誤差對(duì)測(cè)繪成果的影響，進(jìn)一步提高CORS技術(shù)在高精度測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用力度。隨著基于CORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用，大大改變了傳統(tǒng)的測(cè)量作業(yè)模式，在工作效率、人員配置及儀器設(shè)備等方面都帶來(lái)深遠(yuǎn)的變革，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)必將成為替代傳統(tǒng)測(cè)量手段的一種重要測(cè)量方式，將是今后的主要發(fā)展和應(yīng)用方向。