GPS控制測量實踐經驗

林俊偉

摘 要：文章通過我市應用GPS控制測量的工作方法以及對誤差來源的分析，討論應用GPS進行控制測量的優越性以及測量的誤差來源和處理方法。

關鍵詞：GPS控制測量；誤差來源；處理方法

1 引言

隨著經濟和科技的發展，尤其是衛星定位和通信技術的發展，GPS的控制測量受到了人們越來越多的關注。GPS測量技術由于具有誤差不累積、高效率、不受通視條件限制等特點，越來越廣泛地應用到測繪領域中，取得了很好社會效益和經濟效益。我市由于城市建設快速發展，建筑物比較密集，通視條件受到一定程度的限制，所以對地形圖修補測的控制測量采用GPS控制網。GPS控制測量技術，它大大的改變了傳統測量作業的作業方式，極大的提高了我們的工作效率，同時也帶來了非常可觀的經濟效益。但是GPS控制測量技術在測量的時候也存在著一些誤差，這些誤差處理不好的話會嚴重影響測量的效果。本文主要是以我市GPS控制測量為對象，分析其常見的誤差來源，并找出減少誤差的處理方法。

2 GPS控制測量

2.1 本次控制測量利用我市現有的三個I等三角點布設104個特定的E級GPS網。E級GPS點均對布設而且通視，盡量避開大面積積水體、高潮建筑及電臺和高壓電線這些強烈干擾衛星信號源。

2.2 外業觀測：使用4臺Trimble4600ls單頻GPS接收機同步觀測，定位采用快速靜態同步定位，聯網采用網連接、圖形基本為環線網，結構較強。操作中天線嚴格對中、整平。本次GPS觀測采用同步環擴展圖形，每測段時間為40分鐘，共建127個同步環，除4個同步環的基線無法達到精度外，其他觀測質量良好。

2.3 數據處理：本次GPS測量的平差計算采用隨機軟件GPSuraey2.35進行數據預處理和三維約束平差，按基線模式解算，然后利用已知點坐標進行坐標換算，最后化到高斯平面上進行二維約束平差，使用廣播星歷，對流層改正采用Hopfied模型，電離層改正采用標準模式。

GPS控制測量是一項要求嚴格技術的工作，因此在測量時每一個環節都需要經過密切組織和精心設計后才能進入到實施的階段。在實施時一定要遵循標準的規章制度，測量工作要做到測量的準確性和可靠性的要求，也要盡可能的減少因主觀因素重做的消耗，避免出現重做浪費的現象。通過我市地形圖修補測實例，GPS控制測量時通過接收衛星發射的信號并進行數據處理，然后再求出定測量點的空間位置，它具有連續性和實時性的特點，并且還具有良好的可用性和準確性。充分體現GPS控制測量技術的優點。

3 GPS控制測量的誤差來源及相應的處理方法

首先，結合我市應用GPS控制測量工作的實際經驗，本次127個同步環，其中4個同步環基線無法達到精度要求。仔細觀察發現這些點位有點位于比較狹窄的街道上，街道兩側建筑物較高。也有可能跟觀測時段選擇不合適有關，這些點位均可舍去。

其次還有GPS觀測誤差，主要與衛星和接收裝置有關：

3.1 與衛星有關的誤差及處理方法

3.1.1 星歷誤差。由于GPS定位測量技術是由美國開發的，因此美國從維護自己國家利益的角度出發，通過降低廣播星歷精度、在GPS基準信號中加入高頻抖動等方法來降低普通GPS用戶的導航定位精度。星歷誤差是一種起始誤差，如果誤差過大它將會嚴重影響GPS的定位精度，它是GPS測量中非常重要的誤差來源。如果對于要求較高的基線，數據處理時應該采用精密的星歷。

3.1.2 時鐘誤差是有鐘差、頻偏和頻漂等原因而產生的誤差，它還包括時鐘的隨機誤差。相對論效應是指由于衛星發送和接收信號時處在不同的運動速度和重力位而產生的，它也會帶來一定的誤差，主要存在于接收機上，目前可通過采用差分處理來清除。

3.1.3 在GPS控制測量中與信號有關的誤差還包括電離層的延誤、對流層的延誤、大氣層的折射誤差以及多路徑效應等。同其他電磁波信號一樣，GPS衛星測量信號傳輸到地面的過程中會因為電離層的彌散而受到一定的影響和干擾。另外，在不同的時間或者不同的位置時電離層的折射對測量信號的影響也不同，當衛星處于正上方時，電離層的折射對信號的影響很小，不足5m，而在白天12點左右時，也就是衛星在地平線位置附近時，電離層的折射對信號的影響最大，這時它對信號的影響可達150m。因此，為了減小電離層折射對信號的影響可采用以下措施：本次采用單頻接收機，所以電離層改正采用標準模式。

3.1.4 起算點坐標的誤差。起算點的坐標精度能直接影響整個控制網的系統誤差，一般解決的辦法就是啟用高進度的控制點作為基線解算的起點。

3.1.5 對流層誤差。對流層對觀測值也有一定的影響，影響因素主要分為干分量和濕分量兩種。干分量主要和大氣的溫度，壓力等因素相關，而濕分量主要和信號傳播的高度以及傳播通道的大氣濕度有關。結合我市GPS測量工程實際可以采用以下幾種方法加以處理：第一，如果定位精度要求不高的話可以直接加以忽略，因為這種誤差相對較小。第二，根據測量的經驗，對對流層模型加以修正。第三，引入一些附加的參數對對流層進行進一步的評估，并且在評估之后將全部的數據都送入到數據處理中心進行處理。

3.2 與接收裝置有關的誤差及處理方法

3.2.1 在GPS控制測量時，一般用GPS接收機來接收衛星傳輸的信號，它一般采用高精度的石英鐘進行計時，穩定性很高可達到10-9的水平。如果接收機石英鐘和衛星鐘的同步差為1us時就會引起大約300m的距離誤差，因此在測量時減少此類誤差非常重要。可采用下列措施加以解決：第一，把每個接收時刻的接收機時鐘當做一個獨立的未知數與觀測站的位置參數一起送到處理中心進行處理。第二，將接收機時鐘差表示為時間的多項式形式，并在觀測量的平差計算過程中求解出多項式的系數。第三，在衛星間通過求一次差的方法來消除接收機的時鐘差。

3.2.2 多路徑誤差。GPS接收機天線附近的阻礙物反射衛星的傳播信號，從而產生多路徑誤差。它的產生是和周圍的環境所導致的，如高層建筑、大面積水體、電磁波干擾源等，一般可以在天線底安裝金屬網，可以過濾一部分折射波的信號，減少多路徑誤差。

另外，接收機在接收過程中還存在著因天線相位中心位置造成的誤差，在GPS測量時觀測值的計算都是以接收機天線相位中心位置為準的，要求操作是要嚴格對中。在理論上，天線的相位中心和幾何中心應該保持一致。而在實際過程中天線的相位中心會隨著信號的強度和方向不同會有所變化。

4 結束語

通過本次的GPS控制測量實踐，我認為對E級GPS控制網，本次測量的平差計算、使用的星歷及改正模型都較合適。同時也深感在GPS控制測量中設法減小測量中的各種誤差是一項非常重要的工作，我們在GPS測量工作中一定要對其有足夠的重視，在測量工作開始前就做好各種減少誤差的方案，在測量過程中根據實際情況加以實施。另外，影響GPS的測量精度的因素有很多除了上文提到的因素外還有地球自轉、衛星鐘和接收機的振蕩器之間的隨機誤差、大氣的折射、衛星軌道變動、地球潮汐等因素。這些因素在測量時都會對測量的精度產生一定的影響，但是過多的因素無法在實際測量中一一考慮到并且采取相應的措施加以處理，在實際測量中我們要根據實際情況，抓住主要因素，忽略次要因素，對測量結果影響比較大的因素采取相應的措施加以處理，提高GPS測量的精度。

參考文獻

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