全球定位技术在精密工程测量中的应用

来源:用户上传      作者: 张德刚

　　一、引言
　　
　　在精密工程测量领域，由于工程项目种类繁多，精度需求变化大，工程规模和观测的目的、条件、方法的多样性，使GPS技术在精密工程测量中应用多具有设计方案上的独特性。
　　1、高精度特性：精密工程测量是指绝对测量精度达到毫米量级，相对测量精度达到10μm，在特殊条件下，采用先进的仪器、设备和技术手段进行的一种特殊的工程测量工作。空间定位的高精度特性是其基本特点。
　　2、空间参考系的相对独立性：我国专业规范《精密工程测量BG/T15314―94》中对精密工程测量的空间参考系的选择有“采用高斯―克吕格投影任意带（或3°带）平面直角坐标系统，有以测区平均高程面或主体设备高程面（或抵偿高程面）为投影面”的系统，高程系统采用“正常高系统或1985国家高程基准”“区域力高系统”的技术规定。
　　这一规定明确了精密工程测量空间定位参考系的选用应为独立坐标系，但对该独立坐标系做了具体的技术规定，其坐标系统应为平面直角坐标，投影平面应为工程抵偿高程面，投影方式为高斯正形投影，中央子午线应在工程所在区域的中心；高程系统采用国家统一高程基准。具有相对的独立性。
　　3、起算数据采用的灵活性：因为国家或地方性高等级大地测量控制网一般布设区域较大，任何等级的控制点间的绝对空间定位精度都不能保证满足精密工程测量相对定位精度达到毫米级的要求。
　　4、起算点分布的不均匀性：精密工程测量对起算数据误差要求尽可能小，从方案选择上，大多建立相对本工程的独立坐标系统，一般无法采用原坐标系中多个已知控制点同时作为起算点的方法。困此，通常精密工程测量控制网的起算点具有分布不均匀的特点。
　　5、图形条件的局限性：一般由基准线、三角网、大地四边形、中点多边形或GPS面传递或边传递构成坚强图形，而对构成网形中的边长和角度条件不做严格的具体要求。这一点与普通大地控制网或常规测量控制网有显著差别。
　　
　　二、GPS测量的技术特性
　　
　　作为目前最新空间定位技术的全球卫星定位系统GPS，在精密工程测量定位方面，其技术点表现在以下方面：
　　1、区域范围小，网中基线边短，一般不超过5km，同时工作的GPS接收机的卫星信号具有基本相同的误差特性，如卫星钟差及对流层、电离层折射误差等，通过差分解算，这些公共误差能够在很大程序上得到抵消。只需经过合理的观测方案设计，就能得到高精度的观测成果。
　　2、采用精密卫星星历。它使得被调制在L1载波上的包含GPS卫星轨道参数、卫星轨道信息等多种信号分量，能取得更为精确的观测值，减少误差。
　　3、易于取得很高的相对精度。在WGS―84坐标下，GPS测量能取得极高的相对精度，其基线向量的相对精度可达到10―5―10―8，如果观测方法得当，加上一定的数据处理方法，经网平差以后，GPS点的相对定位精度可以达到毫米级甚至亚毫米级，满足精密工程测量的精度要求。
　　4、工作点选择灵活。常规测量方法要求相邻观测工作点之间互相通视，使工作间点选择受到工程条件的限制和制纸主，有时不得不增加连接点，加大了工作量，也会降低精度，在GPS测量中，无需考虑站点间的相互通视，增强了工作点选择的灵活性。
　　5、自动化程度高。GPS系统是一种单程系统，一般用户只需接收GPS卫星发射的信号，信号接收可以昼夜观测，有雾、小雨等常规则测量不能观测的条件也不受影响。另外GPS外业观测操作简单，信号的内业处理主要由计算机自动完成，具有低成本、高效率的多重优势。
　　
　　三、GPS精密工程测量的误差来源及相应措施
　　
　　1、误差来源。一般来说，GPS的定位误差可分三类：一是与卫星有关的误差，主要是卫星的轨道偏差和钟差；二是与卫星信号传播有关的误差，主要有电离层、对流层折射、载波相位周跳和多路经效应的影响误差；三是与接收设备有关的误差，主要有观测信号的分辨误差，接收机钟差和接收天线相位中心的位置偏差。
　　2、GPS精密工程测量中减少误差的常用措施。对多台接收机的同步观测值求差，可以抵消具有相同或相似误差特性的误差，在基线边相对较短的精密工程测量中尤其明显。建立观测值改正模型，对部分观测值进行误差修正。采用精密卫星星历，选择良好的观测方案和卫星条件较好的观测时段，使其GDOP他PDOP值尽量小，可以减少电离折射、卫星信号误差、载波相位周跳等误差的影响。多时段、较长时间观测，以消除或削弱多路径效应、观测信号的分辨误差。慎重选择观测点，保证良好的观测条件，严格进行数据检核和数据处理。选点要求主要是避免信号噪声、信号遮挡和多路径效应的影响。基线向量初算后，应调出相位双残差曲线图，仔细观察研究其变化，对于波动起伏超过限差要求的应进行重测；对个别卫星某时段失常者进行删除处理，然后才能进行基线向量解算，并再次调出重算后的相应双残差曲线，保证基线向量各指标符合要求。采用面连接或边连接的方式扩展异步环，构成条件良好的观测图形，经便形成较多的异步环，在数据处理和平差计算中选择多种方案进行比较，提高网的相对精度和成果的可靠性。
　　
　　四、结论
　　
　　通过多年的工程实践研究，得出以下结论：GPS静态相对定位测量，对精度工程测量具有重要意义，它具有低成本、高效率、自动化程度高的多方面优势。GPS静态定位测量，须保证足够的观测时间，多时段观测。以提高观测成果精度。对于区域范围较小基线边短的GPS精密工程测量其方案选择时应重点考虑以下几个因素：整周未知数解；量历和参考点的质量；多路径效应的影响；对流层影响；按收机天线误差；观测结果的精度检核。
　　（作者单位：黑龙江省双鸭山市煤炭工业管理局测量队）

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