gps控制測量技術的分析與修訂

gps控制測量技術的分析與修訂

1從gps定位試驗觀測1992年，中國出版的《全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范》（以下簡稱“規(guī)范”）規(guī)定了gps的相對定位精度、相互連接點的距離和觀測周期長度。其中A、B兩級一般是國家控制網(wǎng),C、D、E三級是局部控制網(wǎng)。按表1的規(guī)定,用GPS進行控制測量,相鄰點的距離最短在1km以上(E級);觀測時段長度最短在60min以上(D、E級)。然而,一些小范圍的測量控制網(wǎng),如變形監(jiān)測網(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的距離在1km以內(nèi);另外,隨著GPS定位技術的發(fā)展,目前所用GPS接收機的實際相對定位精度及其穩(wěn)定性較高,許多廠家生產(chǎn)的GPS接收機(如AshtechZ-12、Ttrimble4700、Wild200/300、NoveAtelRPT—L1/L2等)可達到B級以上的定位精度。因此,探討用GPS布設短基線控制網(wǎng)的精度和縮短觀測時段長度的可行性,有其重要意義。為此,作者于1999年8月用標稱精度為±(5mm+1ppm)的AshtechZ-12GPS接收機,在位于樓頂?shù)?個控制點上進行了觀測試驗(見圖1)。觀測時采用3臺接收機,構成2個同步環(huán)(02—15—WT;02—ZHDS—WT),共觀測2個時段。每個時段用快速靜態(tài)定位觀測20min,天線嚴格置平和對中,在各觀測時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試驗網(wǎng)的相鄰點距離均在1km以內(nèi),點間距變化范圍為0.46～0.87km,平均點間距為0.59km。上述GPS試驗網(wǎng),曾在1998年5月按三等三角測量的精度要求施測過,用J2經(jīng)緯儀觀測了所有方向,并用標稱精度為±(1mm+1ppm)的DJ2000測距儀測定了所有邊長。下面利用該網(wǎng)的GPS和傳統(tǒng)大地測量數(shù)據(jù),分析其GPS測量成果的精度。2gps測量的誤差及誤差為了比較客觀地進行精度分析與評價,首先以ZHDS為起始點,ZHDS—15為起始方向,該邊的光電測距長度作為已知邊長,對上述控制網(wǎng)按獨立測角網(wǎng)進行平差計算(平差后單位權中誤差為±0.87″,最弱邊WT—02相對中誤差為1/86700)。然后,利用GPPS和FILLNET軟件進行GPS網(wǎng)的基線解算和平差(平差后最弱邊WT—02相對中誤差為1/98700)。GPS網(wǎng)和傳統(tǒng)測角網(wǎng)平差后的坐標及其精度列入表2。為便于對GPS網(wǎng)與測角網(wǎng)的成果進行精度比較,在GPS網(wǎng)平差時采用與測角網(wǎng)相同的位置基準、方位基準和尺度基準。另外,將GPS測量的邊長(基線)與光電測距儀測得的經(jīng)過各項改正后的邊長也列入表3進行比較。下面對GPS網(wǎng)的精度進行分析:(1)從表2知,控制點02、WT在GPS網(wǎng)與測角網(wǎng)中的坐標的最大差值為9mm,坐標的最大差值為16mm,GPS網(wǎng)與測角網(wǎng)的坐標相差不大;兩個控制點在GPS網(wǎng)與測角網(wǎng)中的點位中誤差都只相差1mm,兩個網(wǎng)的點位精度相當。但兩個控制點在GPS網(wǎng)中的點位中誤差只相差1mm,而在測角網(wǎng)中的點位中誤差相差3mm,說明GPS網(wǎng)比測角網(wǎng)的點位精度均勻。(2)GPS網(wǎng)平差后最弱邊的相對中誤差為1/98700,最弱點的點位中誤差為±8mm;測角網(wǎng)平差后最弱邊的相對中誤差為1/86700,最弱點的點位中誤差為±9mm。可見,該GPS試驗網(wǎng)達到了三等三角網(wǎng)的精度且優(yōu)于測角網(wǎng)的精度,其點位精度優(yōu)于1cm。(3)從表3看出,GPS測量的邊長(基線)與光電測距儀測得的邊長之間的最大互差只有6mm,平均互差為4.2mm,GPS邊長與光電邊長很接近,且不存在明顯的系統(tǒng)誤差的影響(正、負互差的個數(shù)及其數(shù)值的大小接近)。因為光電測距儀所測量的邊長精確可靠,故可認為該GPS試驗網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)處理結果是可靠的。由于表3中光電測距邊長的精度很高,可將其視為真值,按下式求得GPS邊長(基線)測量的中誤差:σS=±[△△]n????√=±975??√=±4.4mmσS=±[△△]n=±975=±4.4mm此計算結果表明,該GPS網(wǎng)的實際觀測精度高于儀器的標稱精度。從以上分析可見:在較好的觀測條件下(可視衛(wèi)星數(shù)在6顆以上,PDOP值≤8),用標稱精度為±(5mm+1ppm)的GPS接收機,以2個觀測時段、每個時段用快速靜態(tài)定位觀測20min,進行相鄰點距離小于1km的短基線平面控制測量,可以達到三等三角網(wǎng)的精度,點位精度可優(yōu)于1cm。按表1中的精度指標和相鄰點的距離,可計算出《規(guī)范》對各等級GPS測量的邊長相對精度的要求(見表4)。從表4知,C級網(wǎng)與國家一、二等三角網(wǎng)的精度相當;D、E兩級網(wǎng)分別與國家三、四等三角網(wǎng)的精度相當。綜上所述,本文所討論的GPS觀測試驗方案,能夠達到《規(guī)范》對D、E兩級控制網(wǎng)的精度要求。因此,當用標稱精度為±(5mm+1ppm)的GPS接收機,用2個觀測時段進行D、E兩級控制測量時,《規(guī)范》應允許相鄰點的距離小于1km(依據(jù)本次試驗結果,最短距離不小于0.5km為宜),一個時段可以用快速靜態(tài)定位觀測20min。這樣,既可滿足精度要求,又可更好地發(fā)揮GPS定位的優(yōu)越性,節(jié)省觀測時間和成本。應當指出,用精度指標為±(5mm+1ppm)的GPS接收機進行相鄰點距離小于1km的平面控制測量,由于基線很短,比例誤差的影響是很小的,定位誤差的主要來源是與接收設備有關的常量誤差,其中接收機天線相對于測站中心的安置誤差是一項重要的誤差來源。所以,本次試驗中注意將天線嚴格置平和對中,并在各觀測時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天線相對于測站中心的安置誤差。3觀測精度、誤差及影響根據(jù)試驗分析結果,可得出如下結論和看法,供修訂GPS測量規(guī)范中的有關技術規(guī)定和GPS用戶制定短基線平面控制測量方案時參考。(1)用標稱精度為±(5mm+1ppm)的GPS接收機,以2個觀測時段、每個時段用快速靜態(tài)定位觀測20min,進行相鄰點距離小于1km的短基線平面控制測量,在較好的觀測條件下,可以達到三等三角網(wǎng)的精度,點位精度可優(yōu)于1cm。(2)隨著GPS相對定位精度及其穩(wěn)定性的提高,《規(guī)范》對各等級GPS控制測量規(guī)定的相鄰點的最短距離和最短觀測時段長度已不盡合理。當用標稱精度為±(5mm+1ppm)的GPS接收機,用2個觀測時段進行D、E兩級控制測量時,應允許相鄰點的距離小于1km(依據(jù)本次試驗結果,最短距離不小于0.5km為宜),一個時段可以用快速靜態(tài)定位觀測20min。(3)用精度指標為±(5mm+1ppm)的GPS接收機進行相鄰點距離小于1km的平面控制測量,比例誤差的影響很小,定位誤差的主要來源是與接收設備有關的常量誤差。此時,必須將天線嚴格置平和