浅论提高ＧＰＳ测量精度的一些做法与体会

 

论文摘要：在总结多年从事GPS城市工程测量生产实践经验的基础上，介绍了提高GPS测量精度的一些做法与体会。

 

 

1、引言

 

采用GPS技术进行城市工程测量具有精度高、灵活性强、工作效率高等特点。近年来，我们应用GPS技术完成了多项大型的城市工程测量工作，其中包括哈尔滨市哈双北路、机场快速路、三环路、磨盘山水库输水管线等重点工程的控制测量、施工放样和验收测量等，包括群力、呼兰、平房等地区GPS城市四等控制网的测量以及齐齐哈尔市和富拉尔基市GPS城市首级控制的测量等。通过多年应用GPS技术到城市工程测量的生产实践，下面重点总结一下在如何控制GPS测量的质量，提高其测量精度方面的一些做法和体会。

 

2、提高GPS控制测量质量及精度的做法

 

2.1布网方案GPS网应根据任务的要求、测区自然状况、交通条件进行设计，既要考虑近期建设的需要，又要考虑城市长远规划的需要及1：500数字化测图，图根点加密的需要，本着确保测量精度、速度快、费用省的原则布设。

 

（1）首先根据GPS网的等级确定其规范要求的精度和密度。例如GPS四等平面控制网要求平均边长2km，边长相对误差限差为1/4.5万，故布设四等GPS网就要考虑边长在2km左右，精度要求：点位中误差绝对值不大于5cm，各边边长相对精度不低于1/4.5万。

 

（2）布网设计中要考虑旧有控制点（有国家或城市测绘成果资料）及其标石的利用。特别是作为GPS网平差的约束点、校核点的利用和在网内的位置是否有利于平差精度的控制，如约束点均匀地分布在四周有利于精度的控制。

 

（3）布网应从起算点开始，以边连、点连混合方式连续构成整体网。连接后，应便于组成较长的同步环、异步环及复测基线，使GPS网具有较强的几何强度和多余观测及尽量做到重复设站，使GPS网具有一定的可靠性，为GPS网的整体精度提供保证。

 

2.2选点选点的科学与否，也是影响GPS外业观测质量和GPS网的精度的重要因素。选点应考虑GPS网的设计要求及测区的自然地理情况并结合规范的要求，一般说来选点应满足如下要求：

 

（1）点位应选在交通方便、便于埋设和长期保存的地方。便于安置接收设备，安全、便于接观测操作的地方。

 

（2）点位应选在视野开阔处，高度角15°以上的天空没有障碍物。

 

（3）距点位200米范围内没有大功率无线电发射源，50米以内没有高压输电线，并应避开强烈干扰接受卫星信号的物体。

 

（4）原有旧控制点的利用，应选成果精度符合要求的点，且其点的名称不易改变，对仅有标石无成果或无符合要求的成果时，可借用其标石作为新点选取。

 

（5）点位应考虑日后用常规加密的方便，点位之间最好通视，或至少有一个方向通视。

 

2.3外业观测外业观测测的质量是保证GPS测量原始数据的质量的重要环节。为提高其观测精度，在外业观测前要制定科学周密的观测计划。

 

首先通过微机设置测区近似经纬度，作业日期及时间，编制GPS卫星可见性预报表，包括可见卫星数、号，卫星高度角、最佳观测卫星组，最佳观测时间，点位精度因子等。根据上述预报选择最佳观测卫星组，最佳观测时间，制定好观测计划。确定每组观测使用接收机的台数和型号。具体还应满足如下要求：

 

（1）全网的同步观测时间均应安排在每天的最佳观测时段，每时段最少跟踪4颗卫星，精度因子PDOP值均小于6。（2）在测站上，天线严格整平对中，天线固定标志大致朝北，天线高在测前、测后精确量取，互差不得超过3mm，采用平均值，读数精确到1mm。

 

（3）每时段观测时间根据规范要求，其时间长短，应根据基线的长短而定，基线长小于20km时，观测时间取90分钟为宜，数据采集间隔为10-60秒，一般采用15秒。

 

（4）观测过程中，观测者应坐在接收机旁，头顶不要超过天线，观察数据接收情况，如卫星数、信噪比及精度因子变化及点位周围环境、观测边的长度等因素，灵活掌握观测时间，若出现观测质量不佳的情况应及时联络各测站，可延长观测时间。

 

（5）为确保数据安全，每天的观测数据应及时传输至微机存盘保存。每天测站的点名、点号、仪器高、天线高的输入应准确无误。

 

2.4GPS的数据处理及GPS网的平差

 

（1）GPS基线解算及质量控制要提高GPS网基线解算的精度，必须做好观测数据的处理工作，检验每天观测数据的精度和有效性，每天必须及时地对外业观测数据进行计算、检验，即进行基线解算及同步环、异步环坐标分量相对闭合差、复测基线较差的统计和误差衡量，对误差超限的基线进行适当处理或进行复测，以确保外业观测数据的质量和精度。（2）GPS网的平差和质量控制在WGS-84大地坐标系中的三维无约束平差。是以全网的坐标起算点起算，以GPS基线向量为观测值，在WGS-84坐标中进行三维无约束平差。平差后提供了WGS-84坐标系的大地坐标和地心坐标以及相应的精度指标。通过对精度指标是否超限来考察GPS网是否达到了较好的内部符合精度。如平差后的最弱边相对精度必须符合规范规定的限差要求。

 

3、提高GPS控制测量质量及精度的体会和建议

 

（1）对GPS网中已知点的坐标的精度要进行认真的分析和检验，避免那些存在较大误差的“已知点”作为平差计算或坐标转换的约束条件，其结果会影响GPS测量原有的精度，给GPS网的最后结果带来影响。检验方法，一是认真查阅这些已知点的等级、精度等资料，二是通过高精度的测距仪进行测距和已知点计算的边长进行比对，三是对已知点进行分组约束平差试算，找出匹配的平差精度高的已知点。

 

（2）对精度要求高，重点工程的GPS控制网的成果的检验，可在其GPS网内布设一级光电测距导线，从其测距导线的坐标闭合的相对精度，检验GPS测量最后的平面控制成果的精度，同时也检验了已知点的相对精度。

 

（3）采用GPS技术进行城市控制测量，具有精度高、灵活性强、工作效率高的特点，不但要求作业人员具有较高的GPS测量专业技术水平，而且更要有高度的责任心。这对确保观测数据质量和平差计算成果的精度是至关重要的。因为每一失误都有可能造成观测成果和内业计算成果的错误，造成返工或不可弥补的损失。具体要求是在静态测量中，要保证测站点名、点号、仪器高、天线高输入的正确。在内业平差计算时，要对约束点、校核点、平面坐标和高程的输入进行反复校对，保证其正确无误。在动态测量中，也要求观测者时时保持高度的责任心，如立杆者必须做到气泡居中，点位对中，误差在1cm以内方可测量，这是保证动态测量精度的关键，须认真做好。

 

（4）外业施测在在温度比较低（0℃以下）时，应提前20分钟对接收机进行加温预热。这样的观测数据的质量优于未经过接收机预热的观测数据。

 

参考文献：

 

[1]CJJ73-97，全球定位系统城市测量技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1997

 

[2]江声跃.GPS技术在瑞金市数字化地籍测量控制网中的应用[J].测绘通报，1997，（11）：18~23

 

[3]吴向阳.GPS网中已知点坐标正确性的检验[J].测绘通报，1997，（1）：33~34