gps控制測(cè)量技術(shù)的分析與修訂

gps控制測(cè)量技術(shù)的分析與修訂

1從gps定位試驗(yàn)觀測(cè)1992年，中國(guó)出版的《全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“規(guī)范”）規(guī)定了gps的相對(duì)定位精度、相互連接點(diǎn)的距離和觀測(cè)周期長(zhǎng)度。其中A、B兩級(jí)一般是國(guó)家控制網(wǎng),C、D、E三級(jí)是局部控制網(wǎng)。按表1的規(guī)定,用GPS進(jìn)行控制測(cè)量,相鄰點(diǎn)的距離最短在1km以上(E級(jí));觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度最短在60min以上(D、E級(jí))。然而,一些小范圍的測(cè)量控制網(wǎng),如變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)、工程建筑物施工控制網(wǎng)等,可能其一部分或所有相鄰點(diǎn)的距離在1km以?xún)?nèi);另外,隨著GPS定位技術(shù)的發(fā)展,目前所用GPS接收機(jī)的實(shí)際相對(duì)定位精度及其穩(wěn)定性較高,許多廠家生產(chǎn)的GPS接收機(jī)(如AshtechZ-12、Ttrimble4700、Wild200/300、NoveAtelRPT—L1/L2等)可達(dá)到B級(jí)以上的定位精度。因此,探討用GPS布設(shè)短基線控制網(wǎng)的精度和縮短觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度的可行性,有其重要意義。為此,作者于1999年8月用標(biāo)稱(chēng)精度為±(5mm+1ppm)的AshtechZ-12GPS接收機(jī),在位于樓頂?shù)?個(gè)控制點(diǎn)上進(jìn)行了觀測(cè)試驗(yàn)(見(jiàn)圖1)。觀測(cè)時(shí)采用3臺(tái)接收機(jī),構(gòu)成2個(gè)同步環(huán)(02—15—WT;02—ZHDS—WT),共觀測(cè)2個(gè)時(shí)段。每個(gè)時(shí)段用快速靜態(tài)定位觀測(cè)20min,天線嚴(yán)格置平和對(duì)中,在各觀測(cè)時(shí)段的前后分別精確量取天線高2次,取其均值,可視衛(wèi)星數(shù)在6顆以上,PDOP值≤8。該GPS試驗(yàn)網(wǎng)的相鄰點(diǎn)距離均在1km以?xún)?nèi),點(diǎn)間距變化范圍為0.46～0.87km,平均點(diǎn)間距為0.59km。上述GPS試驗(yàn)網(wǎng),曾在1998年5月按三等三角測(cè)量的精度要求施測(cè)過(guò),用J2經(jīng)緯儀觀測(cè)了所有方向,并用標(biāo)稱(chēng)精度為±(1mm+1ppm)的DJ2000測(cè)距儀測(cè)定了所有邊長(zhǎng)。下面利用該網(wǎng)的GPS和傳統(tǒng)大地測(cè)量數(shù)據(jù),分析其GPS測(cè)量成果的精度。2gps測(cè)量的誤差及誤差為了比較客觀地進(jìn)行精度分析與評(píng)價(jià),首先以ZHDS為起始點(diǎn),ZHDS—15為起始方向,該邊的光電測(cè)距長(zhǎng)度作為已知邊長(zhǎng),對(duì)上述控制網(wǎng)按獨(dú)立測(cè)角網(wǎng)進(jìn)行平差計(jì)算(平差后單位權(quán)中誤差為±0.87″,最弱邊WT—02相對(duì)中誤差為1/86700)。然后,利用GPPS和FILLNET軟件進(jìn)行GPS網(wǎng)的基線解算和平差(平差后最弱邊WT—02相對(duì)中誤差為1/98700)。GPS網(wǎng)和傳統(tǒng)測(cè)角網(wǎng)平差后的坐標(biāo)及其精度列入表2。為便于對(duì)GPS網(wǎng)與測(cè)角網(wǎng)的成果進(jìn)行精度比較,在GPS網(wǎng)平差時(shí)采用與測(cè)角網(wǎng)相同的位置基準(zhǔn)、方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。另外,將GPS測(cè)量的邊長(zhǎng)(基線)與光電測(cè)距儀測(cè)得的經(jīng)過(guò)各項(xiàng)改正后的邊長(zhǎng)也列入表3進(jìn)行比較。下面對(duì)GPS網(wǎng)的精度進(jìn)行分析:(1)從表2知,控制點(diǎn)02、WT在GPS網(wǎng)與測(cè)角網(wǎng)中的坐標(biāo)的最大差值為9mm,坐標(biāo)的最大差值為16mm,GPS網(wǎng)與測(cè)角網(wǎng)的坐標(biāo)相差不大;兩個(gè)控制點(diǎn)在GPS網(wǎng)與測(cè)角網(wǎng)中的點(diǎn)位中誤差都只相差1mm,兩個(gè)網(wǎng)的點(diǎn)位精度相當(dāng)。但兩個(gè)控制點(diǎn)在GPS網(wǎng)中的點(diǎn)位中誤差只相差1mm,而在測(cè)角網(wǎng)中的點(diǎn)位中誤差相差3mm,說(shuō)明GPS網(wǎng)比測(cè)角網(wǎng)的點(diǎn)位精度均勻。(2)GPS網(wǎng)平差后最弱邊的相對(duì)中誤差為1/98700,最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為±8mm;測(cè)角網(wǎng)平差后最弱邊的相對(duì)中誤差為1/86700,最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為±9mm。可見(jiàn),該GPS試驗(yàn)網(wǎng)達(dá)到了三等三角網(wǎng)的精度且優(yōu)于測(cè)角網(wǎng)的精度,其點(diǎn)位精度優(yōu)于1cm。(3)從表3看出,GPS測(cè)量的邊長(zhǎng)(基線)與光電測(cè)距儀測(cè)得的邊長(zhǎng)之間的最大互差只有6mm,平均互差為4.2mm,GPS邊長(zhǎng)與光電邊長(zhǎng)很接近,且不存在明顯的系統(tǒng)誤差的影響(正、負(fù)互差的個(gè)數(shù)及其數(shù)值的大小接近)。因?yàn)楣怆姕y(cè)距儀所測(cè)量的邊長(zhǎng)精確可靠,故可認(rèn)為該GPS試驗(yàn)網(wǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)處理結(jié)果是可靠的。由于表3中光電測(cè)距邊長(zhǎng)的精度很高,可將其視為真值,按下式求得GPS邊長(zhǎng)(基線)測(cè)量的中誤差:σS=±[△△]n????√=±975??√=±4.4mmσS=±[△△]n=±975=±4.4mm此計(jì)算結(jié)果表明,該GPS網(wǎng)的實(shí)際觀測(cè)精度高于儀器的標(biāo)稱(chēng)精度。從以上分析可見(jiàn):在較好的觀測(cè)條件下(可視衛(wèi)星數(shù)在6顆以上,PDOP值≤8),用標(biāo)稱(chēng)精度為±(5mm+1ppm)的GPS接收機(jī),以2個(gè)觀測(cè)時(shí)段、每個(gè)時(shí)段用快速靜態(tài)定位觀測(cè)20min,進(jìn)行相鄰點(diǎn)距離小于1km的短基線平面控制測(cè)量,可以達(dá)到三等三角網(wǎng)的精度,點(diǎn)位精度可優(yōu)于1cm。按表1中的精度指標(biāo)和相鄰點(diǎn)的距離,可計(jì)算出《規(guī)范》對(duì)各等級(jí)GPS測(cè)量的邊長(zhǎng)相對(duì)精度的要求(見(jiàn)表4)。從表4知,C級(jí)網(wǎng)與國(guó)家一、二等三角網(wǎng)的精度相當(dāng);D、E兩級(jí)網(wǎng)分別與國(guó)家三、四等三角網(wǎng)的精度相當(dāng)。綜上所述,本文所討論的GPS觀測(cè)試驗(yàn)方案,能夠達(dá)到《規(guī)范》對(duì)D、E兩級(jí)控制網(wǎng)的精度要求。因此,當(dāng)用標(biāo)稱(chēng)精度為±(5mm+1ppm)的GPS接收機(jī),用2個(gè)觀測(cè)時(shí)段進(jìn)行D、E兩級(jí)控制測(cè)量時(shí),《規(guī)范》應(yīng)允許相鄰點(diǎn)的距離小于1km(依據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果,最短距離不小于0.5km為宜),一個(gè)時(shí)段可以用快速靜態(tài)定位觀測(cè)20min。這樣,既可滿(mǎn)足精度要求,又可更好地發(fā)揮GPS定位的優(yōu)越性,節(jié)省觀測(cè)時(shí)間和成本。應(yīng)當(dāng)指出,用精度指標(biāo)為±(5mm+1ppm)的GPS接收機(jī)進(jìn)行相鄰點(diǎn)距離小于1km的平面控制測(cè)量,由于基線很短,比例誤差的影響是很小的,定位誤差的主要來(lái)源是與接收設(shè)備有關(guān)的常量誤差,其中接收機(jī)天線相對(duì)于測(cè)站中心的安置誤差是一項(xiàng)重要的誤差來(lái)源。所以,本次試驗(yàn)中注意將天線嚴(yán)格置平和對(duì)中,并在各觀測(cè)時(shí)段的前后分別精確量取天線高2次,取其均值,盡可能地減小接收機(jī)天線相對(duì)于測(cè)站中心的安置誤差。3觀測(cè)精度、誤差及影響根據(jù)試驗(yàn)分析結(jié)果,可得出如下結(jié)論和看法,供修訂GPS測(cè)量規(guī)范中的有關(guān)技術(shù)規(guī)定和GPS用戶(hù)制定短基線平面控制測(cè)量方案時(shí)參考。(1)用標(biāo)稱(chēng)精度為±(5mm+1ppm)的GPS接收機(jī),以2個(gè)觀測(cè)時(shí)段、每個(gè)時(shí)段用快速靜態(tài)定位觀測(cè)20min,進(jìn)行相鄰點(diǎn)距離小于1km的短基線平面控制測(cè)量,在較好的觀測(cè)條件下,可以達(dá)到三等三角網(wǎng)的精度,點(diǎn)位精度可優(yōu)于1cm。(2)隨著GPS相對(duì)定位精度及其穩(wěn)定性的提高,《規(guī)范》對(duì)各等級(jí)GPS控制測(cè)量規(guī)定的相鄰點(diǎn)的最短距離和最短觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度已不盡合理。當(dāng)用標(biāo)稱(chēng)精度為±(5mm+1ppm)的GPS接收機(jī),用2個(gè)觀測(cè)時(shí)段進(jìn)行D、E兩級(jí)控制測(cè)量時(shí),應(yīng)允許相鄰點(diǎn)的距離小于1km(依據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果,最短距離不小于0.5km為宜),一個(gè)時(shí)段可以用快速靜態(tài)定位觀測(cè)20min。(3)用精度指標(biāo)為±(5mm+1ppm)的GPS接收機(jī)進(jìn)行相鄰點(diǎn)距離小于1km的平面控制測(cè)量,比例誤差的影響很小,定位誤差的主要來(lái)源是與接收設(shè)備有關(guān)的常量誤差。此時(shí),必須將天線嚴(yán)格置平和