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山區一級GPS控制網測量實踐

08-22 13:58:22  瀏覽次數:387次  欄目:工程測量
標簽:工程測量規范,工程測量技術, 山區一級GPS控制網測量實踐,http://www.nvlbio.live

【摘  要】:本文通過對山區一級GPS施測過程的敘述,提出保證精度、減少誤差、提高效率的方法。
【關鍵詞】:一級GPS控制網;精度;效率

    山區地形起伏較大,待定點間通視、近地面大氣密度、透明度、折光影響成為以往導線測量、三角測量、高程引測的很大障礙,而網形設計,傳算邊角觀測的各項誤差也限制著成果的精度。GPS測量由于全天候、精度高、省費用等鮮明優點,已成為目前測繪單位首選基礎控制測量方式。特別相對定位的精度基本上與待定點間構成網形無關以及不需通視等,使得GPS測量具有很大的靈活性。本文著重敘述了在山區施測一級GPS過程,保證精度、減小誤差、提高效率的方法。日前我院受瑞安市規劃建設局委托,為了滿足瑞安市農村村莊規劃和建設的需,要施測瑞安市境內50個村約10平方公里1:500比例尺地形圖。
    該測區處于東經120°15′至120°33′范圍內,以山區地貌為主,村莊多分布在山岙里且比較分散,相距1~10公里不等,但多數村莊均有瀝青或水泥路可到達。為滿足1:500比例尺數字化地形圖施測,本測區在四等以上平面控制點基礎上,直接布設一級GPS網作為基礎控制,原則上每平方公里不少于16個固定點。由1:70000比例尺瑞安市行政區劃圖可知施測的50個村約分布在500平方公里范圍內。
    由于以上客觀原因,為滿足數字化地形圖施測以及點位精度,我院決定采用標稱精度:水平精度為5mm+1ppm*D,高程精度為10mm+2ppm*D的南方測繪儀器公司四臺套北極星9600型GPS測量系統,采用靜態相對定位的作業模式施測。
一、網形設計
    已有資料:測區內有3個1998年同網平差的已知四等控制點,采用1954年北京坐標系參考橢球幾何參數,中央子午線經度120°。
    此控制網施測目的是為了滿足進一步加密控制和數字化地形圖施測的需要。依據CJJ73-97《全球定位系統城市測量技術規程》簡稱規程,考慮到村莊相距較遠且多分散在山腳、山岙,原則上每個村莊布設3個點且其中2個點保證通視。計劃布設124個未知點,采用點連式作為該網的基本圖形。綜合誤差傳播定律、布點構成的網形幾何強度,為使GPS網進行約束平差后點位坐標精度的均勻性以及減少尺度比誤差影響,對已知等級控制點除納入整網觀測外,也適當構成長邊圖形。相距已知點較遠的未知點、網邊緣地區的未知點一般采用邊連式,以增加重復基線、非同步圖形閉合條件。這樣既減少外業工作量、降低成本,又保證網的幾何強度,提高網的可靠性指標。
二、GPS測量的外業實施
    使用南方測繪儀器公司北極星9600型GPS測量系統采用靜態相對定位的作業模式施測。因該網設計時相鄰距離在10公里內:
     1、分析GPS短基線測量的主要誤差來源
    對于短基線來說,由于基線兩端點之間的距離較短,數據處理時采用差分的形式。電離層和對流層對信號的延遲對基線兩端點的影響大致相同,星歷誤差對短基線的兩個測站的影響基本相同,均可忽略。因此短基線測量的主要誤差來源:多路徑誤差,天線相位中心位置的偏差,接收機的位置誤差,地面起始點的誤差,衛星的PDOP值。
    2、選點、觀測、數據處理
    (1)、選擇合適站址的目的主要消除GPS信號的傳播誤差,北極星9600型接收機內置扁平微帶有源高增益天線和抑制板已有效抑制截止高度角(通常15°)以下反射波,顯著削弱多路徑誤差。但是由于村莊多分散在山腳、山岙,且3、4層建筑物林立,為滿足村莊數字測圖需要,除依據CJJ73-97《全球定位系統城市測量技術規程》關于選點的要求外,因客觀原因不可避免有部分點選擇在山坡或存在障礙現象的。對于周圍有高于10°障礙物的點必須繪制GPS點的環視圖。
    (2)、觀測
    觀測時段:基線長度原則上在5公里以內觀測45分鐘,5~10公里觀測60分鐘。采樣間隔15秒,高度截止角15°。
    觀測實施:根據近一個月星歷預報,選擇衛星的PDOP值較小的時段觀測同時根據具體點位情況、參考GPS點環視圖、基線長度等因素制定觀測計劃和每天觀測表。特別小組成員可根據實地情況建議,由組織協調人員現場有選擇增加觀測時段長度。
    (3)、數據處理
    每天觀測結束,下載觀測數據。按規程、技術設計及時對外業全部資料全面檢查和驗收,包括:成果是否符合調度命令和規程要求,觀測數據質量分析是否符合實際。
    采用隨機軟件進行基線處理,以合格雙差固定解作為本次短基線處理的合格解。對于軟件未能解算出合格解的基線的處理,可改變解算條件重新解算:①改變歷元間隔。采集高質量的載波相位觀測值是解決周跳問題的根本途徑,適當增加采集密度是診斷和修復周跳的重要措施。對基線同步觀測時間較短,可縮小歷元間隔,讓更多的數據參與計算;若基線同步觀測時間長,可增加歷元間隔,減少含有質量差數據參與計算;若數據周跳較多時,可增加歷元間隔,使解算時跳過中斷的數據繼續解算。根據點位環視圖有障礙,可增大高度截止角、減少歷元間隔。②改變高度截止角。同步觀測時間較長,觀測衛星較多、GDOP較小,根據點位環視圖有障礙,增加高度截止角解算;若同步觀測時間短,軟件默認解算條件下觀測衛星不足,GDOP較大,點位環視條件好時可降低高度截止角解算。③禁用無效歷元。參考基線解算報表,對于衛星的健康狀況惡劣,衛星信號經常失鎖,整周模糊度搜索失敗,禁用無效歷元,同時注意同一時段觀測值的數據剔除率小于數據總量的10℅。顧及時段中信號間斷引起的數據剔除、劣質觀測數據的發現及剔除、星座變化引起的整周未知參數的增加等,重新解算。
    然后對所有解算出合格固定解的基線進行檢核:①每個時段同步觀測數據的檢核;②重復觀測邊的檢核;③同步觀測環檢核;④異步環檢核。當發現以上各步檢核超過限差,應分析原因,平差處理后單位權中誤差一般值為0.05周以下;短基線雙差實數解、雙差固定解之間的基線向量坐標通常要求其差小于5cm。
    (4)、野外返工
    對經過檢核以及綜合分析各種客觀因素基礎上超限的基線,進行野外返工。由于控制面積大、交通不便等因素應分步考慮返工:①無論何種原因造成一個控制點不能與兩條合格獨立基線相連結,則納入第二天觀測計劃,適當調整觀測網形補測或重測不少于一條獨立基線。②對舍棄(在復測基線邊長較差、同步環閉合差、獨立環閉合差檢驗中超限的)基線后的獨立環所含基線數超過10時;由于點位不符合GPS測量要求而造成一個測站多次重測仍不能滿足各項限差技術規定時。在整網觀測完后重測基線、有關同步圖形或按技術設計要求另增選新點進行重測。
三、總結
    針對影響山區一級GPS測量的客觀因素,認真分析主要誤差來源,選擇設計合適的網形,經過小組成員的共同協作,參考星歷預報,GPS點環視圖、基線長度,特別是觀測小組成員現場反饋的測站信息,有選擇變更觀測時段長度甚至待定點位置可有效減弱山區交通、地形給GPS測量帶來的不利因素,保證精度的基礎上,減少外業工作量、提高效率、降低成本。

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