應用GPS技術的山區像控測量研究

郭祖清

摘 要：在山區航測外業像控測量中，由于地形條件和通訊條件的限制，現有的RTK技術不能很好的發揮作用，普通靜態測量模式觀測時間長效率低，采用雙基準站快速靜態可以很好的彌補其他GPS作業模式的不足。該文介紹了雙基準站快速靜態測量技術的基本作業方式和其優點，并結合山區地形航測像控應用實踐，分析其測量精度的可靠性和作業效率的實用性。

關鍵詞：GPS技術 快速靜態 基準站 似大地水準面精化

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0077-02

GPS（全球衛星定位系統）技術自上世紀90年代投入民用后，已廣泛用在導航、定位等領域，在測量行業更是具有革命性的意義，已成為控制測量的主要手段。隨著區域似大地水準面精化技術的發展，利用GPS技術可以快速獲取高精度三維坐標，使得GPS的應用更加方便快捷。在山區進行像控測量中，采用雙基準站GPS快速靜態結合精化似大地水準面的測量方法，精度可靠、效率高，是一種非常有效的作業方法。

1 原理

為了獲得厘米級甚至毫米級的高精度測量成果，在常規GPS測量中通常采用載波相位測量的方法，GPS接收機所接收到的衛星信號中，已用相位調制技術在載波上調制了測距碼和衛星導航電文，通過碼相關法或平方法可以將調制在載波上的測距碼和衛星電文去掉，可以恢復載波的相位用于測量。GPS接收機的觀測量包括載波不足一周的部分Fr（Ф）和整周計數Int（Ф），一般表示：

載波相位φ與衛地距ρ之間存在以下關系：

ρ=（Fr（Ф）+Int（Ф）+N）·λ

由于載波是不帶任何識別標識的一種純余弦波，GPS接受機能準確的量測不足一周的部分，卻無法測出是第幾周的載波信號，整周數的確定是載波相位測量中的特有問題。在普通的GPS靜態測量中往往需要進行較長時間的觀測，一般不少于45分鐘，以便能唯一正確的確定整周模糊度，保證解的可靠性和精度。

Frei和Beutler于1990年提出了一種快速求解整周模糊度方法（FARA），采用很少的觀測數據就能求解出整周模糊度。FARA方法的基本思想：以數理統計的參數估計和假設檢驗為基礎，利用初始平差的解向量（測站坐標和相位模糊度的實數解），以及其精度信息（方差-協方差和單位權中誤差），確定出某一置信區間；在該置信區間，確定出整周模糊度可能的整數解的組合；依次將整周模糊度的每一組合作為未知數一一代回法方程式，找出單位權中誤差σ最小的解，若σ最小顯然小于σ次最小，且從數理統計的觀點看基線向量及標準方差與初始解是一致的，則σ最小對應的解即為最終的雙差固定解。采用FARA法所需觀測時間一般雙頻接收機5～10分鐘，單頻機10～20分鐘，遷站時無需開機，只需像普通靜態定位那樣組織觀測。

2 雙基準站操作方法

在測區中選取的兩個固定點假設GPS接收機作為基準站，并一直保持對衛星的跟蹤觀測，同時其他接收機在一定范圍內流動設站作業，在每個點觀測一定的時間，以確定該點到兩個基準站之間的基線向量。

GPS快速靜態的數據處理與常規靜態測量相同，主要有基線解算、閉合環檢驗、三維平差、二維約束平差或者坐標轉換。

3 應用實例

某森林度假村地形測量項目采用航測成圖，比例尺1∶2000，測區高差約120米，成圖面積約20平方公里，采用無人機航拍，測區中有4平方連片公里水域，森林覆蓋率超過85%，交通條件較差，外業刺點比較困難。在測區及周邊布設了8個E級GPS點，點間平均距離2.5km，采用全野外布點法布設像控點。

首先在測區中選擇兩個外圍的E級點（E01、E03）作為基準站，采用一臺徠卡1230和一臺華測X91觀測，其中徠卡1230設為RTK模式并接收靜態數據，流動站采用2臺中緯ZGP800A接收機，每個像控點觀測一次，觀測時間不少于15分鐘，觀測時鎖定衛星不少于5顆，GDOP值不大于6，接收機采樣率都設為10s。所有的GPS接受機都在檢定有效期內，觀測前進行了外業檢測。

數據處理采用徠卡公司的LGO7.0軟件，基線解算均采用雙差固定解，觀測數據如圖2。

閉合環檢驗通過后，利用E級網三維約束平差的結果，固定E001、E003的WGS-84坐標進行三維約束平差，獲得像控點WGS-84坐標系下的三維坐標，再利用LGO軟件中的投影與基準模塊采用坐標轉換的方式得到地方坐標，像控點高程通過精化水準面得到，利用精化水準面模型文件進行高程擬合，可得到較高精度的高程值。三維約束網平差結果如圖3。

通過網平差結果可以看出除點P3459外解算精度都比較高，與常規靜態相同。作業過程中，檢測了兩個E級點，觀測時間均為20分鐘，坐標比對較差如表1。

整個項目采用雙基準站快速靜態模式觀測像控點79個，每天野外工作時間約10小時，平均每臺GPS接收機每天測點10個。在實際作業過程中，還有一臺徠卡1250型GPS接收機在徠卡基準站附近進行RTK作業，平均每天能測點26個，整個測區181個像控點測量共用時4天。

4 結語

采用雙基準站GPS快速靜態測量像控點，只需要一次上點就能滿足觀測要求，像控點與兩個基準站之間形成的三邊同步環可作為GPS觀測質量的檢核條件，在15km的范圍內精度與常規靜態相當，因此雙基準站快速靜態速度快、精度高、勞動強度小，結合RTK的使用能快速完成像控點測量任務，有效提高外業工作效率。采用徠卡1230型一類的GPS接收機，在進行RTK作業的同時又能記錄靜態觀測數據用于快速靜態后處理，在像控測量中非常實用。

參考文獻

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