提高GPS手持機(jī)觀測(cè)數(shù)據(jù)精度的方法探討

馮國(guó)海 王有福

（1商丘工學(xué)院 土木工程學(xué)院， 河南 商丘 476000；2河南五建建設(shè)集團(tuán)有限公司， 河南 鄭州 450000）

提高GPS手持機(jī)觀測(cè)數(shù)據(jù)精度的方法探討

馮國(guó)海1王有福2

（1商丘工學(xué)院 土木工程學(xué)院， 河南 商丘 476000；2河南五建建設(shè)集團(tuán)有限公司， 河南 鄭州 450000）

GPS手持機(jī)具有攜帶方便、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在野外測(cè)量中應(yīng)用廣泛，但也存在測(cè)量精度不高、易受外界條件干擾等缺點(diǎn)。本文提出了一種提高測(cè)量精度的數(shù)據(jù)處理方法，并作了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 前言

GPS手持機(jī)攜帶方便、價(jià)格低廉，在野外測(cè)量中應(yīng)用廣泛，但也存在測(cè)量精度不高等缺點(diǎn)。GPS手持機(jī)獲取的是WGS-84坐標(biāo)，如需轉(zhuǎn)換到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，則還需要經(jīng)過(guò)坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。如何解決GPS手持機(jī)觀測(cè)精度不高的問(wèn)題一直是研究的重點(diǎn)。針對(duì)GPS手持機(jī)觀測(cè)精度不高的問(wèn)題，本文提出了一種提高測(cè)量精度的數(shù)據(jù)處理方法：已知點(diǎn)坐標(biāo)校正法。并作了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2 已知點(diǎn)坐標(biāo)校正法

在一個(gè)較小范圍內(nèi)，為了更便捷的獲得GPS手持機(jī)的校正參數(shù)，可以忽略不同坐標(biāo)系間的長(zhǎng)半軸差與扁率差，并用二維高斯平面直角坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換替代三維空間直角坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換，這時(shí)只需計(jì)算兩個(gè)校正參數(shù)(dx、dy)即可。先將GPS手持機(jī)的屏幕顯示坐標(biāo)設(shè)置為WGS-84下的高斯平面坐標(biāo)形式，然后在工作測(cè)區(qū)中找到一個(gè)已知點(diǎn)，用GPS手持機(jī)測(cè)定已知點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算出已知值與觀測(cè)值的差值dx、dy，作為測(cè)區(qū)測(cè)量坐標(biāo)的內(nèi)業(yè)改正值。當(dāng)然如果測(cè)區(qū)內(nèi)有若干個(gè)已知點(diǎn)，可以取改正值的平均值作為改正參數(shù)。這種方法簡(jiǎn)捷方便，也能滿足一定精度要求。

3 不同時(shí)段對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響

我們?cè)谑褂檬殖謾C(jī)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)不同時(shí)段對(duì)同一點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)變動(dòng)較大，用某一時(shí)段的觀測(cè)值計(jì)算出來(lái)的改正參數(shù)對(duì)其他時(shí)段的觀測(cè)值的修正效果不太好。下表 1為同一點(diǎn)位在不同時(shí)段的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，為了更簡(jiǎn)明的說(shuō)明問(wèn)題，僅取y坐標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)作對(duì)比。

表1 同一點(diǎn)位不同時(shí)段的觀測(cè)數(shù)據(jù)

從表中可以看出，時(shí)段一的y坐標(biāo)改正值的均值為84.11m，時(shí)段內(nèi)改正值間的最大差值為0.99m，時(shí)段二的y坐標(biāo)改正值的均值為86.18m，時(shí)段內(nèi)改正值間的最大差值為0.99m。兩時(shí)段間的各點(diǎn)改正值的均值之差達(dá)到了2.07m。時(shí)段內(nèi)的各點(diǎn)改正值之差則在1m之內(nèi)。

之所以出現(xiàn)這種情況，與GPS手持機(jī)的偽距測(cè)量原理有關(guān)。GPS偽距測(cè)量采用碼相關(guān)技術(shù)，GPS衛(wèi)星依據(jù)自己的時(shí)鐘發(fā)出某一結(jié)構(gòu)的測(cè)距碼，接收機(jī)產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)相同的復(fù)制碼，并通過(guò)時(shí)延器對(duì)這兩組碼進(jìn)行相關(guān)處理，當(dāng)這兩組碼結(jié)構(gòu)上完全對(duì)齊時(shí)為碼完全相關(guān)，這時(shí)自相關(guān)系數(shù)為1。但是，由于測(cè)距碼存在隨機(jī)誤差和傳播變形誤差，自相關(guān)系數(shù)為 1的情況很難達(dá)到，只能在自相關(guān)系數(shù)最大的時(shí)候確定偽距。GPS手持機(jī)每次開(kāi)機(jī)求得的最大自相關(guān)系數(shù)常會(huì)有一定差別，這影響到定位精度，導(dǎo)致同一點(diǎn)在不同時(shí)段的觀測(cè)值差別較大。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文提出的基于同一觀測(cè)時(shí)段內(nèi)已知點(diǎn)二維高斯平面直角坐標(biāo)改正值進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)修正的方法，用 Geo XT GPS手持機(jī)使用這種方法，在測(cè)區(qū)已知點(diǎn)上進(jìn)行了驗(yàn)證測(cè)量與數(shù)據(jù)分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2和表3。

表2 x坐標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)

從表2可以看出，改正值Δx的均值為130.61m，最大較差為1.42m，也就是用其中的任何一點(diǎn)的 x坐標(biāo)改正值來(lái)修正其他點(diǎn)，修正結(jié)果與真實(shí)值的誤差都在1.42m以內(nèi)。并且各點(diǎn)的改正值Δx大體上呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，也就是說(shuō)與已知點(diǎn)間隔時(shí)間越短，修正效果會(huì)越好；用一個(gè)已知點(diǎn)修正的話，將其放在中間時(shí)刻對(duì)整體的修正效果較好。用中間時(shí)刻點(diǎn)0612的x坐標(biāo)改正值來(lái)修正其他點(diǎn)，修正結(jié)果與真實(shí)值的最大誤差為0.92m，最小誤差為0.1m，平均誤差僅為為0.45m，可以說(shuō)修正效果是很好的。

表2 y坐標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)

從表3可以看出，改正值Δy的均值為86.48m，最大較差為1.46m。y坐標(biāo)的改正值Δy在整體單調(diào)性上并不明顯，但用中間時(shí)刻點(diǎn)0612的y坐標(biāo)改正值來(lái)修正其他點(diǎn)，同樣能取得不錯(cuò)的效果。其他點(diǎn)的修正結(jié)果與真實(shí)值的最大誤差為1.01m，最小誤差為0.01m，平均誤差僅為0.43m。

5 結(jié)論

（1）基于同一觀測(cè)時(shí)段內(nèi)已知點(diǎn)二維高斯平面直角坐標(biāo)改正值的觀測(cè)數(shù)據(jù)修正方法簡(jiǎn)單、高效，也能滿足一定精度要求。

（2）使用這種方法，要注意根據(jù)衛(wèi)星可見(jiàn)性預(yù)報(bào)選擇良好的觀測(cè)時(shí)段。與已知點(diǎn)時(shí)間間隔越短，修正效果越好。

[1]李克昭.GNSS定位原理[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2014.

[2]黨亞民.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].北京：測(cè)繪出版社,2007.

[3]張勤.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社,2005

[4]黨亞民.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].北京：測(cè)繪出版社,2007.

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1007-6344（2017）09-0308-01

第一作者：馮國(guó)海（1982.07-） ，男 ，河南開(kāi)封，工程師，研究方向：施工管理

第二作者：王有福（1980.11-），男，甘肅省武威市涼州區(qū)，助工，研究方向：工程測(cè)繪。