淺談高差對GPS大地高測量精度的影響

■秦衛祥

（南昌市城市規劃設計研究總院 江西南昌 330000）

淺談高差對GPS大地高測量精度的影響

■秦衛祥

（南昌市城市規劃設計研究總院 江西南昌 330000）

現有的研究表明，縮短基線之間的距離，可以減少對流層延遲帶來的偏差，但是基線兩端的高差過大，即使基線之間的距離很短，氣象的差異會使得對流層延遲無法通過差分削弱，影響了GPS測量的精度。本文選取某連續運行的GPS網絡數據，采用不同的測量進行計算實驗，結果發現，如果不采用大氣延遲改正模型，高差帶來的殘余對流層延遲很大，甚至可能會導致無法解算，同時觀測時間的長短，也會對大地高測量精度產生影響，適當增加觀測的時間，在5小時左右最佳，可以很好的減少殘余對流層延遲隨機部分造成的偏差。

GPS高差對流層延遲大地高氣象

在實際的測繪中，GPS具有效率高、精度高、操作簡單、全天候等特點，影響GPS定位精度的因素有很多，如對流層延遲、衛星軌道誤差等，在短基線定位中，軌道誤差等影響因素可以通過差分進行削弱或消除。但是當基線兩端的高差較大時，受到氣象因素等影響，差分無法削弱對流層延遲等，近些年高差對GPS測量精度的影響，越來越受到人們的重視，尤其是在高山地區的測量中，氣象差異嚴重的影響了GPS測量的精度，在實際的GPS控制網等的布設中，高差較大的現象比較常見，本文采用實驗分析的方式，研究高差對GPS大地高測量精度的影響，根據實驗的結果，提出針對性的改進措施。

1 實驗方案

1.1 數據收集

選取某連續運行的GPS網絡，作為試驗的GPS數據，該GPS網絡共有12個基準站，每天不間斷的記錄GPS數據，并將測得的數據傳送到數據處理中心，得到完整監測的效果，如果有學者需要數據進行研究，就可以從此處獲得相關的數據。包括DGPS、網絡RTK、快速靜態定位、電離層監測、氣象等數據，由于每個基準站都放置了自動的氣象儀，可以采集氣象數據，本文選取其中距離5千米、高差為180米左右的兩個基準站。

1.2 實驗方案

本文主要研究高差對GPS大地高測量精度的影響，選取HDS系列的GPS測量軟件，結合Hopfield和Saastamoinen兩個經驗對流層延遲改正模型，對收集到的數據進行綜合性的分析。對于高差導致的基線兩端對流層延遲差異的分析，可以直接用軟件進行分析，不加入任何對流層延遲改正模型。對于不同氣象條件下的對比實驗，需要實際的氣象資料，如果基準站沒有實測值，可以選用標準的氣象元素和大氣模型，根據基站所在的高度進行估算，采用估算的方式，得到的氣象數據與真實的氣象數據必然會存在一定的差異，因此可以選擇平均海平面實測氣象值進行估算，以此來減少氣象元素估算的差異。對流層的延遲分成干分量和濕分量，干分量可以通過改正模型，修正99%以上，而濕分量只能修正90%左右，大氣中的水分含量受到天氣變化的影響，而且這種變化存在很大的隨機性，要想減少這樣的影響，可以延長觀測的時間。

2 實驗結果分析

2.1 不同對流層改正模型比較實驗

采用2014年4月3日一整天的觀測數據，數據采集的時間間隔為5秒，數據處理分別用不加對流層延遲修正，加入改進的Hopfield和Saastamoinen兩個經驗對流層延遲改正模型，每種數據處理的時間為1小時，共得到了72個數據處理結果，結合基準站的大地高真值，計算大地高差值。結果表明，采用對流層改正模型，對結果的影響極大，沒有采用對流層改正模型時，偏差值在15厘米左右，最高可以達到20厘米。而采用了改正模型后，兩種模型都很好的減小了偏差，平均的偏差值僅有2厘米，最大為8厘米。說明高差過大時，基線比較短的情況下，對流層延遲無法得到削弱，會嚴重的影響解算的精度，因此實際的測量中，應該選擇經驗對流層延遲改正模型。

2.2 不同氣象條件比較實驗

目前的GPS測量時，基準站都無法得到實際的氣象觀測值，只能采用標準的氣象元素進行替代，影響了實驗的結果，為了研究氣象觀測值對GPS大地高測量精度的影響，本文選取了基準站所處位置的低溫干燥、標準氣象、高溫潮濕三天的氣象數據。結果發現，每種解算策略中，低溫干燥天氣的精度最高，高溫潮濕天氣的精度最低，由此可以看出，在天氣比較炎熱、潮濕的氣象環境中，高差帶來的對流層延遲最大，使得GPS大地高測量精度最低，因此在實際的GPS測量中，應該盡量選擇低溫、干燥的天氣進行測量，以此來提高實際測量的精度。

2.3 不同觀測時間的比較實驗

為了研究氣象條件對GPS大地高測量精度的影響，對測得1天數據進行分段，以1、2、4、6、8小時作為觀測時間段，分別進行數據的處理，結果表明，無對流層延遲修正和改進的Hopfield和Saastamoinen改正模型，測量時間較短時，RMS的值較大，測量時間的增加，EMS值逐漸的降低，說明增加觀測時間，可以在一定程度上提高測量的精度。但是觀測時間在4小時以上，RMS值歲時間增加而減小的趨勢越來越小，分析可能是對流層的延遲誤差有系統性，因此在實際的GPS大地高測量中，觀測時間在4小時到6小時之間最佳。

3 結論

通過實驗研究表明，高差為180米左右的兩個基站，如果不采用大氣延遲改正模型，高差帶來的對流層延遲很大，甚至可能會導致解算失敗，因此在實際的GPS測量中，如果高差較大，應該使用經驗改正模型，改正對流層的延遲，同時延長觀測的時間，觀測5小時左右最佳，減少殘余對流層延遲隨機的影響。

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TU998.1[文獻碼]B

1000-405X（2015）-11-415-1