GPS技术浅析及在导线测量中的应用

【摘要】 本文着重论述了GPS测量过程中,各方面应注意的一些问题。同时讲述了在导线测量中,GPS方位角的具体应用方法及应用过程中应主意的一些问题。

【关键词】GPS定位;仪器检验;内业数据整理;方位精度;基线;系统换算

前言

GPS定位技术广泛用于大地基础控制测量和地形,地籍等工程测量中,这已是不争的事实。与传统的三角,导线测量相比较,GPS测量省时省力,极大地提高了工作效率。同时,GPS测量方位角在导线测量中的应用,更是大大提高了导线测量的精度。

1.GPS测量技术浅析

1.1GPS仪器的检验和校正

GPS接收机的质量,直接影响着GPS的测量成果。在每次作业前,都必须对仪器严格检验。目前,主要以国防科工委批准的《全球定位系统(GPS)大地测量规范》和国家测绘局制定的《全球定位系统(GPS)测量规范》为其检验依据。根据这两个标准,GPS接收机需进行如下检验:

(1)天线基座上的圆水准器和光学对中器检校

(2)零基线检验

(3)天线相位中心偏差检验

(4)仪器精度指标检验

(5)一般性检验

(6)进行测定短边方位角的GPS接收机应进行匹配试验,并与已知方位角比对,满足精度要求才可用于作业。

一般来说,只要在高精度的基线场上对GPS仪器进行了上述项目的检验,即可确保GPS接收机检验结果的可靠性。

1.2设计测量方案

GPS测量方案设计的好坏,直接影响着野外测量成果的精度和测量的工作效率,因此在方案设计时,一是要满足测量精度设计指标的要求,同时应尽量减少人力和物力的消耗,以提高工作效率。

了解GPS的测量特点及对测区周围环境的要求,然后根据具体任务的要求来设计测量方案,容易较为合理。目前,GPS测量的方法主要有动态测量,静态测量,准动态测量和快速静态测量等。对于一般工程项目测量可根据任务情况合理利用快速静态,动态测量,和准动态测量方法。而高精度定位测量则以静态测量方法为主。但在一些观测环境较好的测区,适当采取一些快速静态定位的方法,可大大提高工作效率。在GPS工程测量中,一般采用国标,按D或E级网的技术指标来进行测量。但在观测条件较差,植被较多的山区,则应根据实际情况,多增加观测时段的长度,观测时段的时段数,以利于提高观测成果的精度。

1.3测量外业

在进行外业测量之前,首先要根据设计任务要求,到实地进行选点和埋石。埋石时,应按规范的要求进行埋设,埋设完后把土踏实,待标石沉降完全稳定后,再去进行测量。在进行选点埋石时,还应画好点位周围的环视图,在利用专门的GPS卫星预报软件进行卫星预报的时候,应充分考虑环视图中障碍物的情况,并进行多测站的GPS卫星预报,制定好同步观测计划。在山区,由于各GPS观测点的环境情况往往大不相同,如果不根据环视图来进行GPS卫星的多站多星预报,往往会出现各观测时段成果差异很大,甚至出现返工现象。

1.4GPS内业数据处理

(1)基线边解算。在进行GPS数据处理时,如果同步环内的基线边长相差不大,可对一个同步环内的所有基线使用同一运行参数和解算模式采用批处理方式进行解算。如果同步环内基线边长相差过大或某些观测条件太差时,就应根据实际情况来分别处理,如可将边长相差不大的基线边放在一块处理,对边长相差太大或观测条件不好的基线边,则宜进行单独解算。

(2)数据检核。进行GPS测量数据内业处理前,须对GPS测量成果的同步闭合环,边重复和独立闭合环进行检验,一般来说,对以上三项检验采用坐标闭合差的方法来进行GPS控制网的检验是正确的。然而,对于GPS工程方位网测量来说,坐标闭合差并不能完全反映出方位边的方位误差是否超限,此时若改用方位闭合差的方法来进行检核,则能较为可靠地反映方位边的误差情况。因此,GPS方位测量中,应采用方位闭合差的方法来检验成果,并制定出相应的GPS方位边限差指标。

(3)估算GPS点位精度。GPS测量中,一般反映GPS精度的指标主要有两个,一个是平差后单位权中误差差是否小于1;二是GPS边的最大相对中误差是否满足规范要求。然而,对GPS网控制下的导线测量来说,它还需要有各GPS控制点的精度的估计资料,这样才有利于对所测量的导线进行精度估计。

(4)估算GPS方位精度。GPS基线方位不是直接测量出来的,而是利用基准点的大地坐标(B1,L1)和基线矢量坐标(X12,Y12,Z12)按照公式式计算出基线的大地方位角A12,然后再利用基线分量的中误差(mX12,My12,mZ12),根据相应公式即可计算出GPS方位边的中误差。

2. GPS测量技术在导线测量中的应用

GPS方位测量具有全天候作业,测量速度快,成果精度高等优点。如果将GPS方位角测量和电子经纬仪导线测量相结合,必将大大发挥传统导线测量的优势,提高精密工程控制网的建立效率。

2.1GPS方位角测量精度要求

在导线中加测方位角,目的是为控制导线折角观测误差的积累,以提高导线测量的精度。当导线折角观测较低时,提高导线两端已知方位角的精度对提高导线各边方位角精度的作用并不明显。因此,为防止测量粗差,提高作业效率,对于三,四等和一级导线测量,其GPS方位角的测量精度应分别不低于1.4,2,和4。

2.2 GPS基本技术要求

(1)GPS方位边长度。GPS方位角的精度与基线向量精度,测站位置,方位角及基线长度有关。一般可按下式估算:

mG为基线向量中误差,D为基线长度。根据估算,对于三,四等和一级导线测量,测定GPS方位角的导线边长度分别以大于1000米,600米,300米为宜。

(2)GPS方位观测时间。GPS方位角测量方法主要有静态相对定位法,交换天线法,模糊函数法等。根据静态观测法实践证明,当观测时间不小于30分钟时,方位值基本趋于稳定。并且观测边越长,所用时间也越长,但不是成正比关系。一般来说,对于长度在2公里以下的导线边,GPS方位角测量应观测时段,一个时段最佳时间不少于30分钟为宜。

(3)起算点坐标联测。起算点坐标的变化对所测基线的影响,主要与基线长度密切相关。目前各等级GPS测量对起算点的精度要求,主要依据其测量等级而定。由式mAD=0.0124aX(mAD为起算点坐标偏差对GPS方位角的影响,单位为秒,aX为起始点坐标偏差,单位为米)可知,起算点坐标偏差对GPS方位角的影响主要取决于起算点坐标的精度,而与边长无关.根据相关资料分析表明,使用GPS广播星历观测30分钟可以获得优于35米的导航定位精度.若以此定位结果作为起算点的坐标,其偏差GPS方位角的影响不超过±4秒.因此,对于三等及以下等级导线中的GPS方位角测量,如果GPS接收机导航定位结果作为起算点在GPS采用坐标系中的坐标,其坐标偏差不会对GPS方位角的精度产生实质性影响.

结论:

GPS是一门新兴的测量技术学科,主要应用于全球定位,工程控制测量之中。随着近年来RTK技术的发展成熟,GPS与RTK的配合使用,更将测量技术推向一个新的高度,无论在地籍测量,土地勘界及矿山测量等方面,都得到了更广泛的应用。

【参考文献】

[1]全球定位系统(GPS)测量规范,国家测绘局,CH2001-92.

[2]任志武。《在地籍测量中应用GPS RTK技术的一些问题和方法》。2005.10 黑龙江国土资源.