GPS工程测量精度

2024-07-09

GPS工程测量精度(精选11篇)

GPS工程测量精度 第1篇

GPS空间卫星系统主要包括均匀分布于六个固定的轨道上的高约2.02万千米的24颗卫星群。为保证所有地点和地平线以上在任何一个时间都会接收到来自最少4颗GPS卫星发出的信号, 要求GPS空间卫星系统中的六个轨道面两两之间的夹角为60°, 各轨道平面与地球赤道面得夹角为55°, 卫星在轨道运行的周期为11小时58分钟, 如图2所示。

GPS地面用户系统即地面控制系统, 主要由主控站、注入站以及监测站三个部分组成。其中主控站负责按照每个监控站所检测的GPS数据来计算各个卫星的星历和卫星钟改正参数, 然后将计算得到的数据由注入站传送至卫星中, 由此可见注入站的作用即为将主控站的计算数据注入到卫星中;监测站主要是接受来自卫星的信号, 以此来监测卫星的运行情况, 如图3所示。

GPS的地面用户系统, 包括GPS接收设备、计算机等用户设备以及数据处理软件, 主要作用是接收卫星信号, 从而进行GPS导航定位, 而且随着社会科学技术的发展, GPS测量仪器正朝着更小、更轻的方向发展, 成为了一种便携式定位导航工具, 在社会的各个领域都有着广泛的应用。

1 GPS测量误差的形成原因

GPS测量通过地面接收设备对同一时刻接受多颗卫星发出的信息来计算其与这几颗卫星之间的距离, 然后根据空间距离后方交会原理绘制三维坐标系, 从而确定地面目标的位置。在GPS测量过程中涉及到的卫星、卫星信息传播以及地面接收设备等都是GPS测量产生误差的原因, 直接影响着对地面目标的准确的位置判断, 因此, GPS测量误差的形成原因主要包括以下几点。

1.1 轨道误差 (星历误差)

由于地面用户在确定观测瞬间某一卫星的位置时是根据相关部门以星历的形式发播的一定精度的卫星轨道, 卫星轨道和星历是密切相关的, 因此轨道误差又称为星历误差, 而卫星星历误差又与伪距误差是等效的。卫星星历的测定是根据地面监测站对卫星进行跟踪监测数据而得来的, 因为在测量过程中卫星本身会受到摄动力等多种作用力的影响, 地面监测站也存在一定的误差, 所以得到的卫星轨道、卫星星历也是存在误差的, 从而由卫星星历所提供的卫星的位置与实际准确的卫星位置也是存在偏差的。在所有的测量误差原因中, 星历误差是最主要也是最重的误差来源。

1.2 GPS在卫星信号传输中产生误差

GPS在卫星信号传输中产生误差主要包括三方面的原因, 首先是电离层导致信号传播过程中产生延迟, 电力层对信号传播的影响主要与沿用卫星同地面接收视线方向之间所呈现的电子密度相关, 例如, 若地面用花信号接收机的视线是垂直方向, 则所引起的延迟值在白天可达15m, 在夜间可达3m, 若为低仰视角度, 则延迟值在白天可达45m, 在夜间可达9m, 而且在异常时期会出现更高的延迟值。其次是对流层对信号传播的延迟影响, 主要是因为信号以电磁波的形式通过对流层时, 信号的传播速度区别于真空中光的传播速度, 而导致信号在对流层出现延迟。其三是GPS信号多路径传播而引起的误差, 多路径误差即指GPS信号可能通过先射到某一物体上然后再经过反射达到GPS接收天线, 而不是直接发射至信号接收天线, 这就会对直线射至信号接收天线的直线波GPS信号本身造成一定的干扰, 多路径差错的强度会因用户GPS信号接收天线抗干扰能力的强度和反射信号强度的不同而有所差异。

1.3 地面接受设备产生的误差

地面接受设备产生的误差主要源于三个方面, 首先是观测误差。观测误差的产生一方面与观测人员的职业素养和观测设备的精确测量有关, 如果观测人员能够具备专业的职业素质, 那么他们将对检测数据进行详尽的分析, 这对于解决问题有相当大的帮助;观测设备的精准度可以通过采取太阳光压改正模型来满足要求;另一方面与GPS信号接收天线的定位精确度有关;其次就是信号接收天线中心位置的偏差, 由于信号在传至接收天线时会出现时强时弱的现象, 导致天线的相位中心发生改变, 不能与其几何中心重合, 使得测量出现误差;其三是接收机时钟误差, 通常GPS信号接收机内部时钟都选用石英晶体振荡器, 稳定度变化范围为1×106~5×106, 由于卫星时钟与地面信号接收机时钟在同步性上出现差距, 哪怕是一点差距都会造成很大的等效距离误差, 严重影响测量的准确度。

2 GPS测量精度控制测量的相关对策

根据以上对GPS测量误差产生原因的分析, 提出了对误差的精度控制相关对策。

2.1 卫星精度控制对策

在确定GPS卫星轨道时采用区域性GPS跟踪网, 跟踪站地心坐标一旦产生误差会以10倍甚至更大的比例影响到卫星轨道的精确测量, 故而为确保精度优于2m的卫星轨道就需要跟踪站的地心坐标有优于0.1m的精确度, 约束全球基站的松弛轨道加权的约束基准方法, 从中可以得出优于5cm的相对坐标值, 这与我国现阶段的区域性定轨的相应需求基本符合, 利用现有的跟踪站对卫星观测数值进行计算卫星轨道根数的误差改正值, 以此提高长轨道卫星星历的计算精度, 然后向用户发播精确度较高的星历, 提高GPS导航定位的准确性。

2.2 信号传播精度控制对策

电离层和对流层时影响卫星信号传播精确度得主要因素, 可以通过三种方法来减少其对信号传播精度的影响, (1) 根据电离层模型特点进行改正, (2) 采用双频接收机以减少延迟, (3) 同步测量求差法。减少对流层的折射可以通过模型改正和同步观测求差的方法, 减少对流层对电磁波的延迟误差。

2.3 地面接受设备测量的精度控制对策

首先是观测误差的精度控制, 一般来说ROCK4光压摄动模型、多项式光压模型、标准光压模型这三种太阳光压改正模型的应用都能够满足1m定轨的需求。其次是接收机钟精确度控制, 对于单点定位, 要把钟差带入方程中进行求解;对于载波相位相对定位, 要采用观测值求差法;对于高精度定位, 要采用外接频标的方法。最后是天线中心位置误差精度控制, 要求在设计天线时天线盘上指定方向为北方, 在相对定位时采用求差法来减少相位中心偏差的误差影响。

3 结语

综上所述, 导致GPS测量误差的原因主要来自卫星、卫星信息传播以及地面接收设备三个方面, 该文通过对导致误差形成的原因进行详尽的分析, 并据此提出了减少这些误差的相关对策, 以期进一步提高测量的精度, 最大程度确保GPS导航定位的准确性。

摘要:GPS测量指的是通过地面接收设备对同一时刻接受多颗卫星发出的信息来计算其与这几颗卫星之间的距离, 然后根据空间距离后方交会原理绘制三维坐标系, 从而确定地面目标的位置。在GPS测量过程中, 卫星、卫星信息传播以及地面接收设备等都是GPS测量产生误差的原因, 影响对地面目标的准确的位置判断。该文主要从卫星本身、卫星信息传播以及地面接收设备三个方面入手分析了GPS测量过程中产生误差的原因, 并针对误差产生的原因提出了对误差的精度控制相关对策。

关键词:GPS测量,GPS测量误差,精度控制,原因,对策

参考文献

[1]范建兵, 李华明.GPS实时动态差分技术在水平位移监测中的应用研究[J].港工技术, 2015 (1) :92-96.

[2]鲁洋为, 王振杰, 聂志喜, 等.不同天线组合对GPS姿态测量精度的影响分析[J].海洋测绘, 2014 (6) :43-45.

[3]宋太广, 杨国林, 潘福顺.GPS测量的误差源及精度控制[J].测绘与空间地理信息, 2008 (4) :119-122.

[4]宫晓艳, 胡雄, 吴小成, 等.GPS测量误差对大气掩星反演精度影响分析[J].地球物理学进展, 2008 (6) :1764-1781.

[5]蒋红平.影响GPS测量误差的原因以及预防措施分析[J].科技与企业, 2012 (17) :101.

手持GPS精度分析及工程应用 第2篇

手持GPS精度分析及工程应用

手持式GPS已在很多领域得到了很广泛的应用.其精度究竟如何、可以应用在哪些领域,一直是大家比较关心的问题.就此做了大量的`试验,通过比测法和求平均值法分析了手持式GPS的定位精度.最后,结合本单位生产实际,提出了其在工程中的一些可用建议,对实际工作有一定的指导意义.

作 者:李广俊 作者单位:中国电力顾问集团西北电力设计院,陕西,西安,710032刊 名:西部探矿工程英文刊名:WEST-CHINA EXPLORATION ENGINEERING年,卷(期):200921(7)分类号:P228.4关键词:GPS 手持GPS接收机 比测法

GPS工程测量精度 第3篇

关键词:GPS技术;工程测量;高程精度

1 GPS技术在我国工程测量中的应用状况

GPS技术的优势在于测量的准确性较高、定位较快、测量时间较短,尤其适用于野外勘察测量,具有较强的便携性。GPS控制测量技术的基础技术是遥感技术和卫星定位技术。因此在开展测量时应该对接收设施、大气层、卫星轨迹等因素进行充分的考虑。

2 GPS测量出现高程精度误差的具体原因

一般情况下,测量人员主要是运用卫星信号来进行导航定位。此时应该设置一个GPS接收机,接收3颗以上的卫星发出的信号,然后再用一定的换算方法,对卫星信号进行处理,从而得到这些卫星与测量点在该时间段内的距离。在特定的时间段内,GPS卫星具有一定的空间坐标,经过换算之后,能够将该时间段内该测量点相对地球的三维坐标得出来。一般的测量步骤是接收卫星信号、进行参数转换、输出坐标值。然而如果遇到阴雨天等不理想的天气状况,或者大气层中具有过多的干扰物质,就可能对卫星信号的传输和接收造成干扰,导致卫星信号的接收出现失真或者偏差,这也是运用GPS控制测量技术进行工程测量时,出现精度误差的主要原因。与此同时地质条件也会对测量精度造成一定的影响,如果测量现场的地质条件具有强磁场,也会干扰卫星信号。在工程测量中,高程异常情况出现的比较频繁。就是密度分布不均匀的地下物质产生的异常重力影响了高程测量的结果。在工程测量中往往会进行GPS高程拟合,就是用GPS对大地高进行测量,再用水准对正常高进行测量,对二者差异进行拟合,得出似大地水准面,然后经过一定的结算,能够出高程异常。

图1和图2为某矿区使用不同已知点进行测量的E级GPS网,C级 GPS 点是C1-C4,属于二等水准高程,将其作为起算结果。E 级 GPS 点为E1-E4,C2、C1高程为200多米,E2和E1共点,C4的高程是572米,C3的高程是441米,矿区高程为700-900米。对比图1和图2的测量结构发现,在网形结构较差的情况下,平面位置受到的影响不大。该测量实例中平面坐标的最大较差是31米,没有超出精度允许范围。但是E2的高程较差为0.601米,E1的高程较差为0.448米,具有较大的高程误差。

3 控制工程测量中高程精度的具体途径

在工程测量中,GPS技术仍然具有较大的优势,然而如何应对GPS控制测量中的高程精度问题关系到工程测量的准确性。在运用GPS进行工程测量时,应该对其高程拟合要求和工作原理予以充分的考虑,采取有效的措施来控制高程精度。

3.1 提高GPS接收仪的精度 控制测量精度的要点在于控制卫星信号的接收质量。如果GPS接收仪的精度较低,对卫星信号不敏感,容易出现测量偏差。特别是野外工程测量往往会遇到比较复杂的地质条件或气象条件,信号干扰较多。由于测量周围的地形复杂,容易构成磁场,干扰信号。因此应该进一步提高GPS接收仪的精度,选择精度更高的GPS接收仪。高精度的GPS接收仪对信号变化的参数偏差更为敏感,能够更加准确地分辨正常工作信号和干扰信号,保障计算选择的合理性和科学性。

3.2 尽量避免不良天气的干扰 在野外测量中如果遇到不良天气,大气对流层中的信号干扰物质较多,对流较为强烈,很容易对GPS接收仪的信号接收工作造成影响,影响高程计算的准确性。在开展工程测量时尽量避开不良天气,选择天气状况较好的时间来开展工程测量工作,以免高程计算出现误差。

3.3 进一步修正电离层误差 卫星信号会受到大气电离层的折射、反射和干扰作用,导致GPS接收到的卫星信号出现较大的偏差,因此应该采取适当技术措施进行修正,主要的修正方式包括同步观测、电离层模型、多频观测。①同步观测。两个观测站的距离在20千米之内,进行同步观测,以二者机械两端的观测差值为依据,计算电离层测量精度,对测量数据进行纠正。②电离层模型。使用电离层模型来对参数进行修正,将得出的参数放置在电离层模型之中进行参数对比,修正参数精度。③多频观测。在一个测量点上测量多个伪距,然后对不同频率测量得到的伪距测量值的折射率差异进行计算,得出折射改正数值,对GPS测量精度进行提高。

3.4 选择测量点和测量基站 测量点测量基站的选择也会对测量的精度造成影响。在选择测量点时要尽量避开比较复杂的地质情况,避免分布不均匀的地下介质密度造成测量现场周围的较强磁场,影响和干扰卫星信号的接收。

3.5 提高对天线测量精度的重视 天线测量精度往往没有得到测量人员的足够重视,事实上如果将野外作业天线设置成斜向上的发散状,由于天线高程出现误差,测量基站在测量该点的高程时也会出现误差。因此应该提高天线测量的精度,避免较大的高程测量误差。

3.6 选择科学的高程拟合数学模型 高程拟合必须在数学曲面模拟大地水准面模型中进行数据换算,数学计算的精度也会影响高程精度,造成待测点高程和正常点高程具有较大的差值误差。因此应该选择科学的高程拟合数学模型,可以使用多面函数法、样条函数法、二次曲面拟合法、平面拟合法,特别是二次曲面拟合法能够有效地降低数据参数误差,具有较高的计算精度。

4 结语

探析GPS测量高程拟合精度 第4篇

在控制测量领域中GPS测量得到了广泛的应用, 它具有以下的优点:高精度和高效率。在实际工程中实时GPS测量可完成以下工作。第一, 绘制大比例尺地形图。一般情况下, 在大比例尺带状地形图上进行高等级公路选线。传统的测图方法, 首先要进行控制网的建立, 其次, 进行碎部测量, 从而进行大比例尺寸地形图的绘制。其工作量较大, 花费时间较长, 速度也比较慢。如果测量时采用GPS RTK动态测量, 获得每点坐标只需花费几分钟就行, 碎部点的数据是由输入的点特征编码及属性信息构成的, 在室内可由绘图软件完成。从而使得测图的难度大大降低了, 节省了时间又节省了精力。第二, 工程控制测量。GPS建立控制网的最精密的方法是静态测量。对于大型的建筑物静态测量比较适合。实时GPS动态测量则被用于一般的公路工程的控制测量。这种方法可停止观测, 使得作业效率大大提高。而通视对于点与点之间是被做要求的, 这使得测量更加快捷了。第三, 中线测设。在大比例尺带状地形图上设计人员进行定线后, 在地面需将公路中线标定出来。如果实时GPS测量被使用, 那么只需在GPS接收机中输入中线桩点的坐标, 放样的点位就会有系统定出。在这里, 累积误差是不会产生的, 因为每个点的测量的完成都是相对独立完成的, 各点放样精度一致。第四, 纵、横断面测量。确定公路中线后, 通过绘图软件, 利用中线桩点坐标, 即路线断面和各桩点的横断面就可以绘出了。测绘地形图时采集的数据都是被用在测量中, 所以到现场进行纵。横断面测量是没有必要的, 这使得外业工作大大的减少了。也可采用实时GPS测量进行现场断面测量。

2 GPS测量高程拟合

我国GPS定位中的高程坐标分量采用正常高系统, 在实际应用中, 要将GPS大地高转换为正常高, 主要采用公式来进行 (h=H-ξ) 。拟合法就是在GPS网中的一些点上同时测定水准高程 (通常称这些点为重合点) , 结合GPS测量和水准测量资料, 采用内插技术获得其他各点的高程异常。目前用于GPS高程拟合的计算方法主要有多项式曲线拟合、三次样条曲线拟合、Akima曲线拟合、多项式曲面拟合、多面函数曲面拟合、移动法曲面拟合。前三种属于曲线拟合, 仅适用于GPS测点布设成测线时采用;后三中属于曲面拟合, 当GPS测点布设成网状时采用。相应地, 根据拟合方式的不同, 有不同的拟合方程式, 必须根据需要至少联测一定数目的重合点, 然后利用这些重合点的高程异常值和坐标值, 在最小二乘法准则条件下, 求出拟合方程中的待定系数及待定点正高。当前在我国GPS高程拟合中, 多项式曲面拟合法应用最为广泛。多项式曲面拟合函数是利用拟合区域内多个重合点 (GPS/水准点) , 建立两个不同基准的地面曲面模型并充分考虑曲面拟合模型所含各种误差改正, 采用一个多项式曲面来拟合出区域的似大地水准面。

3 GPS测量高程拟合精度

为了客观评定GPS水准计算的精度, 在布设几何水准联测点时, 应适当多联测几个点, 该点位也应均匀布设, 以作外部检核。 (1) 内符合精度:设参与拟合的已知点数为n, 根据已知点高程异常ξi和拟合高程异常ξi', 求出拟合残差Vi=ξi'-ξi, 则内符合精度为

(2) 外符合精度:设检验点的高程异常ξi和拟合高程异常ξi', 求出拟合残差Vi=ξi'-ξi, 按上式计算外符合精度。其中, n为检验点数。

(3) 精度评定:把检验点的拟合残差与相应等级的水准测量限差进行比较, 分析GPS水准所能达到的精度。

某测区布设E级GPS控制网, 测区地势平坦, 最大高差21m, 测区控制范围约60km2。网中20个GPS控制点全部联测四等水准, 按上面介绍的拟合方法分别设计以下4种研究方案:方案1:采用平面拟合模型, 选均匀分布的4个重合点, 其余16个点作为检核点。方案2:采用二次曲面拟合模型, 选均匀分布的7个重合点, 其余13个点作为检核点。方案3:采用多面函数拟合法, 选均匀分布的5个重合点, 其余15个点作为检核点, 核函数个数m=5, 平滑系数分别取δ=10, δ=1000, δ=10000, δ=20000。方案4:采用最小二乘配置法, 选均匀分布的8个重合点, 其余12个点作为检核点, 由8个数据点计算的V=250, 按接收机标称精度计算σζ2=41, R=4km。

结果表明:前三种方案七拟合精度差不多, 而第四种方案的拟合精度略高, 但是之间的差距也不是很大。每个方案的最大误差都在限差范围内, 由此可见, 上述这四种方案都能够达到四等水准测量的精度。但是值得注意的是, 采用第三种方案时, 需要试算平滑系数, 需要较大的计算工作量, 不同的平滑系统具有相差较大的拟合精度。实际上, 平滑系数必须适中, 过大、过小都对提高拟合精度不利, 因此, 平滑系数还是需进一步研究。

参考文献

[1]李征航, 黄劲松编著.GPS测量与数据处理[M].武汉大学出版社, 2005.

[2]李景卫, 杨荫奎, 高建, 周光永, 李斌.GPS高程拟合中多面函数及二次曲面函数的比较与分析[J].山东冶金.2006 (03) .

[3]刘俊领, 刘海生, 王衍灵, 夏小杰.GPS高程拟合方法研究[J].测绘与空间地理信息.2009 (01) .

GPS工程测量精度 第5篇

动态GPS(RTK)在城市控制测量中的精度分析

动态GPS(RTK)在城市控制测量中,因受诸多条件的.限制,大多情况下需要与常规测量相结合才能完成一个完整的工程项目,因此就需要对RTK的精度进行客观的评定.用误差传播定律理论结合实例对两种作业模式进行分析,证实RTK测量点位精度高且精度分布均匀,但RTK测量达不到常规导线点相邻点间的相对精度.按现行规范对导线点的精度要求,使用RTK作业时,布设点位的要求应改变,边长应适当加长.

作 者:尤俊龙 孙立新 YOU Jun-long SUN Li-xin 作者单位:华北地质勘查局,五一四地质大队,河北,承德・067000刊 名:承德石油高等专科学校学报英文刊名:JOURNAL OF CHENGDE PETROLEUM COLLEGE年,卷(期):11(2)分类号:P228.4关键词:动态GPS(RTK) 导线 精度 误差

GPS工程测量精度 第6篇

关键词:GPS控制网;布设方法;优化设计,精度

1 GPS定位原理

GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的。在待 测点设置GPS接收机,在某一时刻同时接收到3颗(或3颗以上)卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和计算,可求得该时刻接收机天线中心(测站点)至卫星的距离ρ1、ρ2、ρ3。根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标(Xj,Yj,Zj),j=1,2,3,从而由下式解算出Q点的三维坐标(X,Y,Z)。

2 GPS测量的特点

相对于常规测量来说,GPS测量主要有以下特点:①测量精度高。GPS观测的精度明显高于一般常规测量,在小于50 km的基线上,其相对定位精度可达1×10—6,在大于1 000 km的基线上可达1×10—8。②测站间无需通视。GPS测量不需要测站间相互通视,可根据实际需要确定点位,使得选点工作更加灵活方便。③观测时间短。随着GPS测量技术的不断完善,软件的不断更新,在进行GPS测量时,静态相对定位每站仅需20 min左右,动态相对定位仅需几秒钟。④仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高,操作智能化,观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数,接收机即可进行自动观测和记录。⑤全天候作业。GPS卫星数目多,且分布均匀,可保证在任何时间、任何地点连续进行观测,一般不受天气状况的影响。⑥提供三维坐标。GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标,其高程精度已可满足四等水准测量的要求

3 GPS平面控制网的精度制约因素

在我国大中城市一般布设C级GPS网作为首级控制,其主要任务是发展城市基础控制网,为测图和施工放样服务。这类网的特点是控制区域有限,边长短,观测时间短。由于GPS定位的高精度、快速度、省费用等优点,建立城市平面控制网的手段我国已基本被GPS技术所取代。可以说GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立城市平面控制网。

GPS测量的误差产生源可分为但大部分,GPS信号自身误差,包括轨道误差,和SA、AS影响;GPS信号传播误差,包括太阳光压,电离层延迟,多路径传播和由它们影响或其它原因产生的周跳;GPS机本身的误差,主要包括钟误差,通道间偏差,锁相环延迟,码跟踪环偏差,天线相位中心偏差等。

GPS控制网的网形与卫星空间分布的几何图形相关,具有非层次结构性,以及没有误差积累且分布均匀简单易行的必要基准条件。

从以上GPS测量误差来源以及控制网特点可以看出,GPS控制网的精度主要受几个方面的影响:

(1)GPS基线长度,尤其是控制网中各基线的长度相差较大时,受影响较大;

(2)控制网的布设形式,开放式的网型结构对精度影响较大;

(3)控制网经多路径中强反射环境对控制网的精度影响,如山谷、山坡、建筑物等。

(4)电磁波干扰。

根据不同的用途,GPS网的布设按网的构成形式主要可分为:星形连接、点连式、边连式及边点混合连接等。选择何种网形,取决于工程所要求的精度、外业观测条件及GPS接收机数量等因素。

对于GPS控制网基线测量,基线长度较短的情况下(10km左右,最大不超过20km~30km),GPS的轨道误差,太阳光压影响及美国SA技术基本对测量精度不发生影响。

在作业过程中,在GPS接收机满足作业精度要求的情况下,测量误差源主要取决于多路径误差,周跳和点位相对中误差。

4 GPS高程控制网的精度制约因素

常规高程测量采用几何水准方法,辅以光电测距三角高程测量来实现。即山高谷狭、交通不便、植被茂密、国家水准点稀少,使得高程的施测不仅困难,而且费时、费力。

4.1GPS高程测量的基本原理

GPS测量的能够精确地给出地面点在WGS—84坐标系中三维坐标X、Y、Z或B、H、L经系统变换可以得到地面点在局部坐标系中的大地高。由于GPS点上的高程异常无法直接获得,因此高程异常的确定成为高程转换的关键。

4.2GPS高程测量的精度制约因素及应对措施

(1)卫星分布不对称。对于高程测量来说所有被观测的卫星均处于地平面以上,卫星分布总是不对称的,许多系统误差难以消除;

(2)对流层延迟改正后的残差影响;

(3)星历误差,目前SA政策对广播星历精度有意识地降低,从而使星历误差成为GPS高程测量精度的一个主要制约因素;

(4)基线起算点坐标的误差,若起算点的水平坐标有10m误差会使10km长的基线向量产生29mm的误差;

(5)此外除了上述误差外,电离层延迟改正后的残余误差,多路径误差,接收机天线相位中心的偏差及相位中心的变化,天线高的量测误差也会影响GPS的高程测量精度。

基于GPS高程测量精度的制约因素,可以有针对性地加以改进,通过减小测距误差来改善卫星分布不对称所产生的误差;广播星历误差对GPS单点定位数据影响较大,但对于载波相位双差处理后的GPS定位数据影响较小,尽管误差对GPS差分数据影响随着活动站离开基准站距离的增加而增加,但在实际应用中,在300km范围内该差分数据完全满足任务精度要求,差分处理时可以直接使用广播星历;对流层延迟的误差因素可以通过减小观测间隔加以较弱,但是不会完全消除;对于基线起算点坐标误差的解决办法有两个,一是解算出基线向量t后再将网中所有测站的单点定位结果通过基线向量t传递到同一点上,去中数后作为全网的起算坐标,然后再通过基线向量t求出各测站较为准确的测站坐标重新解算基线向量;二是与附近的已知点联测求得较为准确的起算点坐标,此外也可以与邻近大地点联测,将测得的国家坐标转换为S—84坐标作为起算点坐标。

GPS以其高精度、高效率、实时性强等诸多优势对常规测量技术产生了巨大的冲击,对常规的集合水准测量也不例外,从国外贵GPS水准高超研究情况来看,考虑地形地貌情况,合理布设控制网,采用相应的拟合方案和数学模型惊醒计算,DPS水准高程在地形变化不大的线路工程中完全可以代替低等几何水准,在平坦地区完全可以代替四等水准。

5 结论

以上分析可以看出,测量单位在进行GPS控制测量时,通过对GPS测量精度影响因素的削弱以及GPS控制网的优化设计,来达到减少工作量、提高测绘产品精度和项目经济效益的目的。对于不同精度、不同面积的GPS控制网采用相应的测绘方法,会使得作业效率大幅提高,费用也大幅降低。利用 GPS 测量技术可以做到同时完成平面、高程测量,充分发挥 GPS 测量方便、高效的优势,提高工作效率。

参考文献

[1]刘立龙,林文介.GPS控制网优化设计的研究[J].桂林工学院学报.2002年7月.

[2]北京测绘设计研究院.CJJ73297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,2007.

GPS测量的误差及精度控制 第7篇

Global Positioning System全球定位系统是美国的国防部为其陆、海、空三军所研制的卫星导航系统。它是可以全球性、全天候以及连续性的进行卫星定位、导航、测速、定时等作用的系统。而GPS系统也可以为全球的任何一个用户提供全天候的、连续的以及高精度的三维坐标、速度与时间等信息的技术参数。而GPS的全球定位系统则是由空间的卫星系统、地面的监控系统以及用户的接收系统三大部分所组成的。

1.1 空间的卫星群

GPS的空间的卫星群是由24颗的高约2.02万千米的卫星群所组成的, 并且均匀的分布在了6个固定的轨道面之上, 其各个平面之间的交角为60。, 而轨道与地球赤道间的倾角为55。, 其卫星轨道的运行周期为11小时58分, 只有这样才可以保证在任何的时间与任何的地点以及地平线以上, 至少可以接收到4颗以上的GPS卫星所发送出的信号。

1.2 GPS的地面控制系统

地面的控制系统包括一个主控站、3个注入站与5个监测站, 其中主控站的作用就是根据各个监控站对于GPS所观测的数据, 来计算卫星的星历与卫星钟改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去;注入站的作用则是将主控站所计算的数据注入到卫星当中去。监控站的作用就是接收卫星信号, 监测卫星的工作状态。

1.3 GPS的用户部分

由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成, 其作用是接收GPS卫星发出的信号, 利用信号进行导航定位等。在测量领域, 随着现代科学技术的发展, 体积小、重量轻便于携带的GPS。

2 GPS测量的误差来源

2.1 卫星星历误差

卫星的星历是由其地面的监测站跟踪GPS卫星来求定的, 由于地面的监测站测定的误差和卫星在空中受到的摄动力等多重的影响, 从而使得其测定的卫星轨道会有一定的误差, 卫星的星历都是地面的监测站根据卫星轨道所推算出来的, 使得卫星的星历所提供的卫星位置和实际的位置之间会有一定的偏差。星历的误差是GPS测量的重要的误差来源, 如果定位的精度要求也会小于1 ppm时可以忽略轨道的误差。要求定位精度较高的可以通过同步观测值求差来减弱卫星轨道误差的影响, 尤其基线较短时, 其影响更不明显。

2.2 信号传播误差

2.2.1 对流层与电离层折射的影响

在电离层当中, 因为分子在太阳作用之下发生了电离, 从而使得卫星的信号在其传播的过程当中会产生一定的延迟, 从而使其测量的结果产生一定的偏差。对于电离层的影响。对流层折射的影响是从地面向上40 km的对流层当中, 大气中质量的99%都集中在此层当中, 这层也是气象现象的主要出现地区。而电磁波在其中传播也和大气的折射率相关联。对流层当中的大气折射率分为干分量和湿分量两个部分, 干分量和大气的温度与大气压相关联, 湿分量和信号在传播路径之上大气的湿度与高度有关。

2.2.2 观测误差

观测的误差和仪器的硬件、软件对于卫星信号观测所能达到的分辨率有关。观测的误差还和天线的安置精度相联系, 即天线的对中误差、天线的整平误差以及量取天线高度的误差。因此, 在精密的定位当中, 要应注意去整平天线, 仔细的对中。

2.2.3 接收机时钟误差

一般的GPS接收机之内时钟所采用的石英晶体振荡器, 其稳定度约为1×10-6~5×10-6。如果卫星时钟和地面的接收机时钟同步的误差为1s时, 所引起的等效距离误差就会为300m, 而这个误差是很大的。

2.2.4 天线中心位置偏差

在GPS的测量当中, 所有的观测值都是由测量卫星到接收机天线相位中心的距离, 而天线的对中就是以天线的几何中心为标准, 因此, 就要求在天线的相位中心和天线的几何中心要保持一致。但是, 在天线的相位中心瞬时的位置会随信号输入的强度和方向的不同而发生变化, 所以, 在观测时相位中心瞬时的位置会与理论上的相位中心不一致, 而这个偏差就会造成定位的误差。

3 GPS测量的精度控制

3.1 卫星精度控制

卫星历的误差控制:

利用区域性GPS跟踪网就可以确定GPS的卫星轨道。跟踪站的地心坐标误差对于卫星的轨道影响是10倍或者更大。所以, 就要提供优于2m精度的卫星轨道要求跟踪站的地心坐标精度要优于0.1m。约束全球基站的松弛轨道加权的约束基准方法, 从中可以得出优于5cm的相对坐标值, 基本上就能满足我国现阶段的区域性定轨需要。如果以我国现有的GPS卫星跟踪基站, 根据对各个卫星所记录观测的数值, 计算出对现有的卫星历轨道根数的误差改正值, 可以进一步的计算长弧轨道的精密星历, 从而就能直接的向用户播发精密的星历, 取代现有的技术从而降低精度以后的广播星历。

3.2 信号传播误差

3.2.1 电离层与对流层折射的精度控制

3.2.1. 1 电离层的延迟我们可以通过以下三种方法来减弱其影响:

a.利用电离层的模型加以改

正。b.利用双频的接收机减少在电离层延迟。c.利用同步的测量来求差。

3.2.1. 2 减少对流层的折射影响, 我们主要有两个方面的措施:

a.利用模型来改正。实测地区气象资料利用模型改正, 能减少对流层对电磁波延迟达92%~93%。b.利用同步的观测求差。

3.2.2 观测误差精度控制

现今已有的太阳光压改正模型有:多项式光压模型、ROCK4光压摄动模型与标准光压模型, 而这几种光压模型的精度基本上是相当的, 都可以满足1m定轨的要求。但最近却有人提出, 可用附加随机的过程参数或是对较长轨道运用一阶三角多项式逼近非模型化的长期项影响, 可以得到更为理想的结果, 甚至是可以满足到0.1~0.2m精度定轨的要求[2]。

3.2.3 接收机钟精度控制

接收机的天线附近水平面、斜面与垂直面都能GPS的信号产生镜反射。而天线附近的地形和事物, 例如池塘、建筑物、树木、沙滩、山谷、水沟、山坡和道路等都可以构成镜反射。所以, 在选择GPS的点位时要特别的去注意避这些事物和地形。解决接收机钟差的办法有如下的几种:单点的定位时, 就是要将钟差作为一个未知数在方程当中求解;而在载波相位相对的定位当中, 要采用对观测值的求差 (星间单差, 星站间双差) 方法, 能有效地去除接收机钟差。高精度定位时, 要用外接频标的方法, 为接收机提供高精度的时间标准。

3.2.4 天线中心位置偏差精度控制

在设计天线时, 要尽量去减少这一误差, 其要求天线盘上所指定的指北方向。这样, 在相对的定位时, 就可以通过求差来削弱其相位中心偏差以及影响。在野外的观测时, 要求天线要严格对中、整平。之后还要将天线盘上的方向标指北。

4 结论

通过上文的叙述和分析, 我们就可以利用各自不同的组合来进行相对的定位, 从而有效的消除或是减小上述各的项误差对与定位结果的影响, 进一步的提高测定基线向量的精度。

摘要:所谓的GPS测量就是通过地面的接收设备来接收卫星所传送过来的信息, 而计算在同一时刻的地面接收设备与多颗卫星之间的距离, 最后采用空间距离后方的交会方法以确定地面目标点的三维空间坐标。所以说在GPS卫星、卫星信号的传播过程当中与地面的接收设备等等都会对GPS的测量产生误差。其中主要的误差来源可以分为:与卫星有关、与信号的传播有关, 与观测以及接收设备相关的误差。主要从对卫星历与卫星信号误的综述, 提出在GPS测量当中对误差的精度控制。

关键词:GPS,测量,精度控制,GPS测量误差

参考文献

[1]许其凤.GPS卫星导航与精密定位[M].北京:解放军出版社, 1994:108.

[2]张守信.GPS卫星测量定位理论与应用[M].北京:国防科技大学出版社, 1996.

[3]谢世杰.GPS接收机现状[J].石油物探装备, 1995 (1) .

[4]刘基余.全球定位系统原理与其应用[M].上海:同济大学出版社, 1993.

试论如何提高GPS测量精度 第8篇

1 GPS测量精度误差的主要原因分析

1.1 电离层的信号传播延迟

电离层是引起信号传播延迟的重要原因, 其具体是由于沿用卫星与用户接收机之间的相互作用而引起的, 两者在视线方向所显示的电子密度互有不同。当两者的视线关系出现垂直情况的时候, 其延迟方面在白天多能表现为15m, 在夜晚也有3m以上。当两者的视线关系呈现底仰视角度时, 其在白天的延迟可以达到45m, 在夜间的延迟可以达到9m。若遇到特殊的情况, 其延迟方面则更为突出。在实际的操作中可以使用双拼GPS接收器来进行观察, 在电离层干扰严重的区域不建议使用这种设备, 例如赤道或极低等相关位置, 否则所检测到的结果将偏离事实。

1.2 对流层的信号传播延迟

对流层也在某种程度上影响信号的传播, 这是因为电磁波信号具有一定的特殊性, 在通过对流层的时候传播的速度与真空状况下存在着很大的出入, 该过程具体的延迟程度与对流层的性质有关。根据对流层的情况, 可以将其分为干湿两大种大气分量, 每种都对应着不同的影响效果。在其视线方向呈现低仰角状态时, 延迟通常为20米左右。在整个大气结构上, 干大气分量通常达到八九成, 需要采用相关的模型进行纠正。大气分量的有关数值一般不大, 但在维度与高度的变化过程中, 会有所改变。那些维度与高度都高的情况下, 它的变化也是否明显, 会随着时间快速改变。在实际操作中, 很难以把握空气的干湿度, 无法实现准确的预测。所以, 在针对这方面的实际检测过程中, 都是干湿气两种结为一体的数据结果, 其有效性难以得到准确的判定。电流层与电离层延迟则不是这种情况, 其影响因素多为天顶方向。这些造成延迟的要素之间都有一定的关联, 所以采用长或短基线测量, 都能够有效地避免干扰, 从而获得相对准确的结果。

1.3 多路径误差

在GPS信号传播的实际过程中, 很有可能出现信号在遇到其他物体时反射到GPS接收天线上的情况, 这种情况也就是常说的多路径误差的产生过程。该误差的大小一般取决于反射波自身的强弱情况与用户接收器的抗反射波性能。用户在使用的过程中也可以对接收器进行一定操作, 从而减少这种误差, 比如将天线加设半径达到0.4m的仰径板, 并将其调高1-2米。除此之外, 用户还应该明确当接收机的天线与周边水平面呈现垂直角度时, 会出现镜反射, 在使用的过程中应避免这种情况。

1.4 周跳

这一情况的另一种说法是失周。在使用GPS进行精密定位的过程中, 相关的观测值都属于相位观测者, 这种观测值指的是接收机的自身的震荡与卫星载波之间存在着一定的差额。在现实的检测过程中, 相关的结果中只涵盖那些不到一周的小数。这种情况产生的原因大多是GPS接收机的质量因素和外部其他相关的因素造成的。在对设备进行动态测量的过程中, 载体移动速度可能过快, 天线也有可能倾斜, 这都是影响测试结果的外部因素。由于其他方面因素的干扰, 接收机有时候难以收到信号, 造成信号丢失, 或者接收机收到信号但是存在故障, 难以顺利解读信号, 这些都是GPS接收机本身存在的问题所造成的。工作人员在实际应用的过程中, 就重点关注这些差额产生因素, 尽量减少这种误差对测试结果的影响。

2 提高GPS测量精度的相关措施

(1) 很多操作人员在运用GPS相关设备进行工作的时候, 都会对该设备进行相应的准确度测试。通常会对已知点的坐标进一步分析与研究, 确保各个已知点在坐标数据上保持准确性, 这样做能够加强GPS的精确度。具体的检验过程可以按照如下程序进行操作:一是操作人员要认真核对已有的数据与资料;二是借助更精确的设备, 如测距仪等, 对已知点进行核算;三是对已知点进行分组计算, 找出精度最高的已知点。

(2) 针对那些精度要求高的项目, 在进行GPS内部的检测过程中, 可以在网内设置一级光电测距导线, 利用该导线的闭合坐标进行精度检测。这种检测方法不仅能够获得GPS的控制精度结果, 还能够得到已知点的精度情况。

(3) 利用GPS技术进行城市测量工作具有多方面优势, 其精度与准确度都非常高, 对于测量位置的要求相对较低, 给工作人员提供了很大方便。相关工作人员应具备专业的GPS测量技术, 能够针对观测所得的数据进行准确度与精度方面的判断。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。

(4) 工作人员在室外进行施工时, 当温度低于零下的时候, 要对设备进行预热。这样能避免测试的结果因设备温度过低而产生一定误差, 确保测试结果的准确性。

3 结束语

综上所述, 对于如何提高GPS测量精度在地形测量上的应用来说, GPS测量误差的主要原因以及提高GPS测量精度的相关措施等的关系是紧密相连且不可分割的, 而就目前来说, 因为各类原因的存在, GPS测量技术在地形测量上的应用还存在不少问题, 这是地形测量随着社会经济不断进步的必然产物, 也是顺应时代发展的必然选择。而充分的将GPS测量技术在地形测量上的应用发挥出来是一项有着一定难度的工作, 这离不开社会各界的大力支持, 也离不开地形测量中健全而完善的测量精度管理体系, 而在这个过程中, GPS测量技术在地形测量上的应用观念的及时转变更是离不开的。

参考文献

[1]杨德刚.提高GPS测量精度的一些做法与体会[J].交通世界 (建养.机械) , 2010 (Z1) .

[2]沈虹, 周荣辉, 李玉钊, 赵盼.浅谈如何提高GPS测量精度[J].中国西部科技, 2011 (19) .

[3]孙晓丽, 李素梅.浅论提高GPS测量精度的一些做法与体会[J].科技视界, 2013 (36) .

[4]曲正武, 孙伟, 吴健.特殊地区提高GPS测量精度的方法研究[J].中国科技信息, 2013 (04) .

[5]王晓, 高伟, 张帅.GPS-RTK测量精度的影响因素研究与实验分析[J].全球定位系统, 2010 (04) .

GPS工程测量精度 第9篇

关键词:工程测量,GPS技术,精度控制

GPS控制测量是工程测量的重要组成部分, 具有精准性的特点, 已成为当前工程测量的重要手段, 在促进工程测量智能化、自动化以及规模化发展过程中发挥重要作用。

1 GPS技术的内涵分析

GPS是利用地面的接收设备、卫星等组成结构, 在全球范围内实时进行定位、导航的系统。GPS技术通过建立数学中的三维空间坐标, 计算出各组成结构之间的距离, 从而将信息通过卫星传输给地面的接收设备, 是信息社会飞速发展的标志之一。GPS技术的运作原理是以空间环境飞行卫星为载体, 以具备某种特定定位信息属性与频率属性的无线电信号为对象, 由卫星向地面相应接收装置发送信息, 以此实现定位测量的功能。

2 GPS技术的特征分析

GPS技术是工程测量中的一种重要方法, 是信息技术与空间技术等高新技术的综合集成。在工程测量中, 因具有巨大的技术优势, 被广泛应用。

2.1 定位精度高

利用GPS技术进行导航, 即可实时确定运动目标的三维位置和速度, 可采用不同方法对平面与高程进行施测。GPS测量的精度要高于常规测量。

2.2 观测时间短

GPS测量技术的不断完善, 同时GPS测量不需要测站间相互通视, 可根据实际需要确定点位, 使得选点工作更加灵活方便, 也可省去工程建设中的传算点、过渡点的测量工作, 缩短了观测时间。

2.3 仪器操作简便

GPS接收机的不断改进, 促使仪器操作的自动化和智能化程度提高, 观测人员只需对整平、量取天线高及开机后设定参数, 接收机即可进行自动观测和记录。

3 影响工程测量中GPS精度的因素分析

受各种因素的制约, GPS测量的精度往往会出现不稳定的现象。在工程测量中影响GPS测量精度的因素主要有:

3.1 GPS卫星

GPS卫星是影响GPS测量精度的重要原因。卫星星历同单点定位的精度息息相关, 在测量中卫星的实际位置同星历给出的位置不一致, 两者之间发生误差, 严重影响精密相对定位。

3.2 卫星信号传播

卫星信号在传播过程中, 因为大气层对信号的折射, 电离层弥散特性的影响和测站周围有很多反射物的折射, 从而导致传播路径发生偏差, 传播的速度发生变化, 这些因素都严重影响了GPS测量精度。

3.3 接收设备

接收设备包括接收机的位置和接收机天线相位中心位置。接收天线的相位中心位置是影响GPS测量精度的关键。当信号被输入后, 该相位中心依据信号的输入方向与输入强度的变化, 随时发生变化, 实际的相位中心位置与理论上位置不符, 影响GPS测量精度。

4 控制工程测量中GPS精度的措施

为避免工程测量中GPS技术出现不稳定现象, 可以采用降低电离层、多路径、卫星轨道以及周跳等各方面产生的误差。在工程测量中可采取如下措施来控制GPS的精度:

4.1 降低电离层引起的误差

4.1.1 双频观测

双频观测主要是对两个伪距进行测量, 按照电离层的折射以及信号频率特性, 在对两个伪距进行观测所得值中, 将电离层的折射改正数求出, 进而提高GPS测量的精度。

4.1.2 利用电离层模型进行修正

单频GPS接收机, 一般是采用导航电文提供的电离层模型, 或其他适合的电离层模型对观测量加以修正。

4.1.3 同步观测值求差

卫星信号到达各观测站的路径相近, 所经过的介质状况相似, 因此, 利用两台接收机于基线两端同步进行观测而且取其观测量之间的差, 将电离层折射的影响有效降低。

4.2 降低多路径误差

GPS在测量过程中, 为避免出现多路径的误差现象, 一定要选择合理的站点。测站点要设在距大面积平静水面一段距离的地方, 要避开山坡、山谷以及盆地, 翻耕之后的土地, 与其他粗糙不平的地面之间具有很差的反射能力, 是设置站点的最佳选择。长时间进行观测, 接收机天线方面应选择造型适宜且屏蔽良好的天线和合理的截止高度角, 大大降低多路径误差带来的影响。

4.3 确定GPS的卫星轨道

区域性的GPS跟踪网将对GPS卫星轨道予以确定。在精度较低的实时单点定位工作中, 从导航电文中所获得的卫星轨道信息为准, 不再考虑卫星轨道实际存在的误差。在卫星运行过程中因为各种不同的摄动力对其产生影响, 卫星就会产生繁琐的运行轨道。要注意跟踪站地心坐标的精度, 通过强约束全球站松弛轨道的加权约束基准的办法, 取得的相对坐标值将在5 cm以上。因此, 只要能够将跟踪基站进行数据分析, 就能够将轨道的误差修改成正值, 精密星历就能够传送给客户。

4.4 检定接收设备的质量

检定接收设备是GPS定位测量顺利完成的重要保证, 是制订GPS作业计划的依据。因此, GPS接收设备必须进行作业前的检验, 充分了解接收设备的性能、工作特性及其可能达到的精度水平。需要对天线相位中心稳定性、野外作业性能及不同测程精度、频标稳定性和高低温性能等项目进行实测检验。

5 结语

总之, GPS技术是当前工程测量中最重要的技术手段之一。针对GPS在工程测量过程中出现的不稳定现象, 通过选择有效的精度控制措施, 改进GPS技术, 能够提高GPS的精度, 从而有效地提高整个工程建设的质量。

参考文献

[1]许其凤.GPS卫星导航与精密定位[M].北京:解放军出版社, 1994.

GPS工程测量精度 第10篇

目前随着测绘科学的迅速发展和测绘技术的日新月异,有许多新型仪器被应用到测量工作中。测绘业在20世纪90年代以前大地测量和地形测量主要采用经纬仪、测距仪、平板仪等光学和机械仪器。而进入90年代,随着计算机技术和通信技术的发展,测绘业也得到了全面的发展。随着GPS技术的出现和快速发展,GPS定位技术被广泛应用于各种测绘工作当中。尤其是在各种等级的控制测量方面,GPS技术已经基本取代了常规控制测量而成为主要测量手段。

本文通过常规控制测量方法及GPS控制测量为例,对精度分别进行比较分析,说明二者在平面控制测量方面以及在高程控制测量方面的精度高低。提出建议,在控制测量中,应该应用哪种方法进行测量才能得到更高精度的三维坐标。

1 控制测量概述

1.1 常规控制测量

首先在全测区范围内选定一些控制点,构成一定的几何图形,用精密的测量仪器和精确的测算方法,在统一的坐标系统中,确定它们的平面位置和高程,再以这些控制点为基础,测算其他碎部点的位置,这就将控制测量工作分为平面控制测量和高程控制测量两种。具体控制测量的过程是首先在实地选点埋石、外业观测、平差计算中获得数据。

1.2 GPS控制网的布设

由GPS测量的误差源可以看出:GPS网的设计已免除了测角、边角同测和测边网等的传统要求,它不需要点间通视,也不需要考虑布设什么样的图形,更不需要考虑图形强度,不需要设置在制高点上,所以,GPS网的设计是非常灵活的,只要在测区内的适当位置上安置GPS,就可以进行同步观测。但也应该注意:1)GPS基线长度不要过长;2)应构成封闭式闭合环和子环路;3)应尽量消除多路径影响,防止GPS信号通过其他物体。

在一个平差问题中,当所选的独立参数X的个数等于必要观测数t时,可将每个观测值表达成这t个参数的函数,组成观测方程,这种以观测方程为函数模型的平差方法,就是间接平差。间接平差是通过选定t个独立的参数,将每个观测值分别表示成这t个独立的参数的函数,建立函数模型,按照最小二乘原理,用求自由极值的方法解出参数的最或然值,从而求得各观测值的平差值。

1)间接平差的函数模型是:

L˜=BX˜+d (1)

L˜=L+ΔX˜=X0+x˜(X0为参数的近似值,x˜为参数的改正值,都是非随机量),则有:

Δ=Bx˜-ll=-(BX0+d-L) (2)

2)间接平差的随机模型是:

D=σ02Q=σ02P-1 (3)

在实际应用中,是以平差值(最或然值)代替真值,残差代替真误差,即:L=L+VX=X0+x(X0仍然为非随机量,LVx˜均为随机量),则函数模型是:

V=Bx-l,l=-(BX0+d-L) (4)

称之为误差方程。由于误差方程的个数是n,待求量x和残差V的个数分别是t和n,因此有t+n个参数需要求解,而n<n+t,故由误差方程不能完全求解所需参数,但是可以按照VTPV=min求得其唯一解。

3)间接平差的基础方程及其解。

误差方程:

V=Bx-l (5)

按照求函数自由极值的方法,得:

dVΤΡVdx=2VΤΡdVdx=2VΤΡB=0 (6)

转置后得:BTPV=0。

把误差方程代入上式,则误差方程的法方程:

BΤΡBx-BΤΡl=0 (7)

Νbbt×t=BΤΡB,Wt×l=BΤΡl,则法方程:

Νbbx-W=0 (8)

那么,x有唯一解:

x=Νbb-1W (9)

得到x后,代入误差方程可得残差向量V,进而可得观测值的平差值L=L+V

2 实例分析

2.1 常规控制测量平差

2.1.1 导线网平差

运用全站仪进行边和角度的三等导线测量。其中已知点坐标:LC01(-1 974 638.734 0,4 590 014.819 0,3 953 144.923 5),已知方位:LC0104的方位角为118°15′17″。

观测数据见表1,表2。

将数据输入到平差易软件经导线网平差后得中误差(精度),见表3。

2.1.2 水准网平差

采用水准仪进行三等水准测量。

观测数据见表4。

将数据输入到平差易软件经水准网平差后得中误差(即精度),见表5。

2.2 GPS控制测量的平差

测量时间为25 min一测站,采用3台GPS接收机同时观测。并将观测数据导入GPS平差软件经平差后得到中误差(即精度),见表6。

对上述算得平面坐标及高程的中误差(即精度)做差,如表7所示。

3 结语

通过对上述实例的比较分析,可以看出,常规平面控制测量的精度与GPS的测量精度相当,但在高程控制测量中,其精度却高于应用GPS的精度,因此,无论应用哪种方法进行控制测量都无法达到最精确,建议在控制测量中,运用GPS定位技术与常规控制测量技术联合测量的方法,以便得到高精度的控制点三维坐标成果。

摘要:应用测量误差的基本理论,通过实际观测对常规控制测量和GPS控制测量进行精度比较与分析,得出二者在平面控制测量方面精度相当,而在高程控制测量方面水准测量的精度略高于GPS高程控制测量的结论。

关键词:控制测量,GPS控制网,平差,精度

参考文献

[1]王金龙.误差理论与测量平差基础[M].武汉:武汉大学出版社,2005.

[2]卞正富.测量学(一)[M].徐州:中国农业出版社,2002.

[3]刘大杰.控制网测量平差[M].北京:测绘出版社,1985.

[4]张凤举,张华海.控制测量学[M].北京:煤炭工业出版社,1999.

[5]武汉测绘科技大学测量平差教研室.测量平差基础[M].第3版.北京:测绘出版社,1996.

GPS工程测量精度 第11篇

关键词:GPS控制测量平面,高程精度,工程测量

引言

20世纪80年代开始, GPS测量技术开始出现并逐步投入使用, 其主要包括用户设备、地面监控系统和空间卫星星座, 卫星所发射的无线电信号会由GPS导航定位接受, 从而完成测量工作。然而GPS控制测量的精度难以进行直观的控制, 当前GPS商业平差软件也不能显示出可靠的精度。而且在GPS控制测量中, 如果缺少理想的网形条件, 往往会产生较大的高程误差。

1 GPS控制在工程测量中的应用

1.1 应用实例1

以某矿区的GPS测量为例, 具体GPS网略图如图1。其中测区内原有的导线点用D1、D2表示, 该坐标系使用四等水准高程;C级GPS测量点用C4~C7表示, 该坐标系使用的是二级水准高程, 并以此作为起算的成果。在测量中每个时段都使用了6台静态GPS进行观测, 在平差计算中先将4个C级点作为已知点, 然后在其中选择3个C级点, 以此为已知点, D1、D2和另一个C级点作为未知点进行计算。根据计算结果发现, 在平差位置较差方面, 以各点为起算点的计算结果比较平均, 没有超过精度允许的范围, 最大的坐标较差是25mm, 但是高程较差均已超出了允许误差范围, 最大高程较差达到了0.678m, 最小较差也达到了0.052m[1]。

1.2 应用实例2

某工程立足于已知点进行GPS控制测量, E级GPS网如图2~3, 其中C1~C4四个C级已知点属于二级水准高程, 以以上四点的高程作为该控制网的高程起算点。在实际测量中, 测量区域高程600~800m, E1、E2共点, C4高程463m、C3高程396m、C2、C1两个点的高程均为150余米。比较二图可知, 在网形结构较差的情况下, 平面位置不会受到太大的影响, 但是会产生较大的高程误差, E2的误差达到了0.457m, E1的误差达到了0.234m[2]。

2 造成GPS技术高程精度误差的影响因素

2.1 GPS高程拟合方法

GPS测量技术会对大地高进行测量, 然后运用水准测量的方式将正常高得出来, 二者的差值就是高程异常, 再对其进行拟合, 得出似大地水准面。此时只需运用一定的计算方法, 就能够对未知点的高程异常进行测量。为了克服传统测量方法中几何水准高程值的精度较低的问题, 可以运用水准测量来对高程进行测量, 减少高程误差。这种方法是先测量少数GPS点的高程, 再运用拟合手段将其他GPS点的高程计算出来。但是在实际应用中如果拟合模型选择不当, 就会导致高程误差过大[3]。

2.2 公共点几何水准测量精度

在正常情况下, 要得到测量点的正常值, 只需对其大地高测量值和高程异常值的值差进行控制即可。当前往往要运用数学方法来对高程异常值进行计算, 在获取数值的过程中, 测量点的几何水准高程测量差与GPS大地高之间的差值会产生较大的影响。如果没有严格有效的控制水准测量的精度, 就难以保证高程异常值的精度, 容易出现高程精度误差。

2.3 GPS大地高的测量精度

要对GPS的正常高进行准确的计算, 其前提条件就是GPS大地高程观测数据的准确。系统生成模型误差、天线对中误差、天线整平误差、接收设备问题、电离层延迟、多路径效应、对流层延迟、卫星钟差一级卫星星历误差、关于卫星误差的相对论效应等都会影响GPS大地高测量精度。如果是运用GPS技术进行静态测绘, 往往要保证信号接收设备的数量能够满足测量需要, 并对控制点的准确性进行保证, 但是在实际测量工作中往往难以确定采样观察时间, 也难以保证信号接收设备的数量和控制点的准确, 容易造成高程精度误差。

在实际测量中还有一些主客观因素也会对高程精度造成影响, 例如测量现场有磁场、不适合测量的环境、天线高量取不准等[4]。

3 提高工程测量中GPS测量精度的具体途径

3.1 对控制点的布设进行强化

要对其他控制点的高程值精度进行保障, 就必须保障高程起算点的精度。因此在工程测量中, 应该科学的布设控制点, 对高程起算点的测量精度和稳定性进行控制, 而且拟合所需的水准点数量不得少于6个, 并尽量均匀分布。对于范围较大的测区, 要提高高程拟合的精度, 还可以分区进行拟合模型的构建。

3.2 对高程拟合法进行合理运用

在拟合似大地水准面时, 数学曲面构件法是一种比较常用的方法。通过该方法对大地水准面进行拟合之后, 就可以对GPS测量点进行计算, 并将待测量点的正常高值计算出来。在实际工程测量中, 应该对高程拟合法进行合理的选择和运用, 例如可以选择二次曲面拟合法、样条函数法、多面函数法、平面拟合法, 其中应用范围最广的是二次曲面拟合法, 该方法得出的高程异常值具有相对较小的误差。具体测量时也要根据不同的观测环境来选择不同的拟合方法[5]。

3.3 准确量取天线高

如果天线高的测量存在误差, 也会对高程精度造成影响, 而在实际测量中很多观测者往往对天线高测量不够重视。在进行野外测量时, 应该将天线的斜高作为测量值, 将天线圆盘均分为三等分, 然后将其分别放置在不同的方向, 测量不同方向的天线高。天线高的测量误差不得超过3mm, 再对其平均值进行计算。不同的天线类型也会影响天线高, 因此在野外测量时还要严格的控制相位中心的高度。

3.4 修正电离层误差

卫星信号会受到大气电离层的影响, 造成信号的反射和折射, 从而使信号接收的过程中出现偏差, 影响高程精度。测量人员可以采取以下措施修正电离层误差: (1) 多频观测修正, 也就是在一个测量点上测量多个伪距, 然后将伪距测量值的折射率计算出来, 得出折射改正数值。 (2) 同步观测修正。选择两个观测站, 距离不超过20km, 同时进行观测, 再以观测结果为依据, 计算电离层的测量精度, 从而修正卫星信号的参数精度, 降低高程精度误差。 (3) 电离层模型修正。运用电离层模型来对卫星信号参数进行修正, 在电离层模型中纳入得出来的参数, 然后进行对比, 对卫星信号的参数精度进行修正。以上三种方法中, 修正作用最大的方法是同步观测修正, 能够使高程精度误差降到较低值, 经修正之后的高程精度误差甚至可以忽略。

3.5 选择合适的测量基站、测量点和测量时间

如果测量范围内的地质条件比较复杂, 往往容易产生较强的磁场, 周围的强磁场会影响卫星信号接受仪对卫星信号的接收, 从而影响测量精度。因此应该尽量不要选择地质条件过于复杂的区域来设置测量基站和测量点。尽管GPS控制测量受到气候条件的影响不大, 但是在测量时间的选择上, 还是要尽量避开不良天气, 避免对流层中的尘埃干扰卫星信号, 或者过强的空气对流影响卫星信号的接收。要尽量避免测量误差, 应该选择天气状况较好的时间段进行工程测量。

4 结语

GPS测量技术已经在很多工程测量中得到了应用, 其具有功能齐全、测量效率高的优点, 然而在平面和测量高程精度方面仍然存在一定的问题, 很多因素都会对GPS控制测量的高程精度造成影响。因此必须进一步加强对GPS控制测量技术进行探讨和研究, 继续提高GPS控制测量的精度, 发挥其在工程测量中的应用价值。

参考文献

[1]叶志刚.工程测量中GPS控制测量平面与高程精度分析[J].数字技术与应用, 2014 (01) .

[2]赵行锋.工程测量中GPS控制测量平面与高程精度分析[J].中外企业家, 2014 (08) .

[3]苏志华, 周春柏, 刘晚霞.工程测量中GPS控制测量平面与高程精度分析[J].测绘通报, 2012 (03) .

[4]马保军.浅析网络RTK高程精度的分析及在实际中的应用[J].科技创新导报, 2013 (21) .

上一篇:综合效率下一篇:多元函数最值问题