GPS长基线测量在像控点测量中的应用探讨

【摘要】 在当前的地理国情普查中，控制测量采用的作业方法主要有网络CORS测量、静态测量、快速静态测量。在CORS信号无法覆盖的地方，一般选用GPS静态测量或快速静态静态测量，但是受基线边长限制而导致工作效率不高。为了提高地理国情普查控制测量的效率，本论文通过实例并结合相关的规定，分析了长基线测量的数据，得出结论，供大家参考。

【关键词】 CORS;像控点;长基线测量

1.GPS基线测量定义

GPS基线测量是指利用测量型GPS接收机之间连接的向量，通过伪距观测值C/A/P码伪距或者载波相位的L1、L2波段或L1/L2两种波段的组合获取观测点的具置，再通过已有的已知点坐标解算出观测点所需要的当地坐标的一种测量方法。GPS基线按长度划分有短基线和长基线两种。

2.当前规范的局限

根据广西地理国情普查航测外业控制测量的技术设计书的要求，做航外像控测量是以一个1：5万为单元布点，网平均边长不超过20公里，最长边不超过25公里。如果采用基于CORS基站的静态测量方式，基线长度平均达到70公里左右，最长可达100多公里，大大超过技术设计书规定的基线长。

参照GB/T 13977-2012 《1：5000、1：10000地形图航空摄影测量外业规范》中“3.3 对其他作业方法的要求：在满足本标准所规定的精度标准的前提下，可采用本标准未列入的新技术和新方法，但在技术设计书中应明确说明相关要求和规定”的规定，如果平面精度和高程精度都满足像控点的精度要求，其解算结果也可作为像控点的成果。因此，需要通过实例，获取长基线静态测量成果的平面精度和高程精度。

3.应用实例

为获取长基线静态测量成果的平面精度和高程精度，我们于2014年3月份在广西灵山县、宾阳县、横县做了个GPS长基线测量的实验，实验测区大部分是平地，只有少部分为丘陵地、山地。

（1）实验思路

利用本次联网的CORS基站数据坐标作为已知起算点，把B级点作为求算点。在B级点上摆站采集数据，然后跟联测的CORS站点数据一起进行平差，得到观测点的平面坐标和相当于四等的似大地水准面高程，并和B级点已知的坐标和高程进行对比，计算各时段的坐标差值，获取平面中误差和高程误差，以评定观测精度是否符合像控点测量要求。

（2）实验方法

以3个以上CORS基站为已知点，利用基站的同一天的观测数据，分不同时段长度，分别求解观测点的坐标，解算结果跟已有的观测点坐标进行比对相减，判断测量误差是否在限差范围内。

（3）仪器设备

中海达V30两台，编号分别为10208846、10208799;南方S86两台，编号分别为928GM、4899GU;TBC（Trimble Business Center）软件一套。

（4）外业观测

实验组共分为三个组，分别在4个已知的B级控制点上摆站，这4个B级点分别是：①II黎石4，解算点名为793，位于宾阳县露圩乡罗料村; ②II南石17，解算点名792，位于横县栾城镇方村都溪屯;③ II横檀10（I黎合23），解算点名8799，位于灵山县三海村白木大队细村一队; ④II横檀15（I黎合27），解算点名为8846，位于灵山县檀圩粮所。各个观测点的四周没有遮挡，观测环境很好。观测时间从3月20日10：00至18：00;连续观测8小时。观测当天天气：在灵山县，上午是晴天，13：00点以后开始转阴天，并下雨，直到16点左右雨才停;而另外两个点，一个在宾阳，一个在横县，天气变化不大。

（5）数据解算分析

数据采集回来后，将数据通讯整理好，按照方案，把外业采集的数据分别按时段长度为60分钟、90分钟、120分钟进行裁切。将各个不同时段长度的数据用TBC（Trimble Business Center）软件分别进行基线解算。在这次的实验中参与联网的CORS基站为：JZ01、JZ02、JZ03、JZ04、JZ08、JZ09、JZ19、JZ27，共8个站点，最长边长为170112.493米，最短边长为9231.348米，平均边长为85253.84米。点位分布如下图1。

在本次的实验中基线网的环闭合差符合E级GPS点的各项限差要求（a=10，b=20），同时检查点的坐标误差满足像控制点的精度指标要求。在这里利用的时间段为10;00-12：00和14：00-16：00之间的数据进行解算分析讨论，结果如下表。

表 1 时段长为60分钟，数据采集时间为10：00-11：00

点名 X（CM） Y（CM） H（CM） 平面中误差（CM）

Sqrt（（+）/2）

792 1.80 1.70 1.80 1.75

793 2.30 -1.40 2.20 1.90

8799 3.70 -21.60 -0.80 15.50

8846 2.50 -7.20 -0.50 5.39

表 2 时段长为90分钟，数据采集时间为10：00-11：30

点名 X（CM） Y（CM） H（CM） 平面中误差（CM）

Sqrt（（+）/2）

792 0.90 -2.30 -2.90 1.75

793 2.10 -2.90 -0.40 2.53

8799 4.80 -13.40 -7.20 10.06

8846 1.00 -6.30 -3.40 4.51

表 3 时段长度为120分钟，数据采集时间为10：00-12：00

点名 X（CM） Y（CM） H（CM） 平面中误差（CM）

Sqrt（（+）/2）

792 1.30 -1.80 -2.80 1.57

793 1.50 -1.50 0.20 1.50

8799 2.50 -5.70 -4.10 4.40

8846 3.20 -9.80 -5.10 7.29

表 4 时段长度为60分钟，数据采集时间为14：00-15：00

点名 X（CM） Y（CM） H（CM） 平面中误差（CM）

Sqrt（（+）/2）

792 2.40 -0.80 0.70 1.79

793 4.90 -5.70 0.90 5.32

8799 1.10 -3.20 -1.00 2.39

8846 7.60 -17.80 -7.40 13.69

表 5 时段长度为90分钟，数据采集时间为14：30-16：00

点名 X（CM） Y（CM） H（CM） 平面中误差（CM）

Sqrt（（+）/2）

792 0.20 10.40 3.50 7.36

793 0.30 8.80 5.70 6.23

8799 4.90 -5.30 -3.80 5.10

8846 1.80 -5.80 -3.10 4.29

表 6 时段长度为120分钟，数据采集时间为14：00-16：00

点名 X（CM） Y（CM） H（CM） 平面中误差（CM）

Sqrt（（+）/2）

792 0.00 2.10 -0.90 1.48

793 2.80 -3.80 -0.90 3.34

8799 -0.80 0.40 -1.50 0.63

8846 4.30 -8.90 -5.80 6.99

从上述6个表格中的不同时段长度及不同的数据采集时间的解算结果可以看出，各解算点的坐标解算结果相差不大，误差全都达到了厘米级，而总体数据精度最好的是表6。表格中平面中误差最大的是15.50CM，高程最大误差的是7.4CM。根据地理国情普查技术设计书要求，1：1万航外控制测量的平面精度误差不大于1米，高程误差在平地、丘陵地、山地、高山地的限差依次为0.1米、0.25米、0.5米、0.5米。可见上述观测精度符合像控点测量的要求。

4.总结

根据上述的实例数据，结合广西的实际情况，在像控点测量中，可以利用长基线静态GPS测量，但应满足一下要求：

①闭合差符合E级GPS点的各项限差要求（a=10，b=20）;

②高程利用广西似大地水准面精化。

③基线边长不超过100公里。

④时段长度不少于90分钟，下午时段可根据实际情况适当延长时段长度。

正常观测条件下，按上述要求采集的数据，平差结果的平面精度在15CM以内，高程精度在10CM以内，能满足像控点的精度要求。

参考文献

[1]《广西第一次全国地理国情普查技术设计书》

[2]《1：5000、1：10000地形图航空摄影测量外业规范》（GB/T 13977-2012，简称《航外规范》）;

[3]《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314-2009，简称《GPS规范》）;

[4]《数字航空摄影测量控制测量规范》（CHMT 3006-2011）。