電子信息論文發(fā)表GPS網(wǎng)在航道測(cè)量中的精度分析

來(lái)源：職稱成果咨詢網(wǎng)作者：qifan時(shí)間：2013-07-19 10:24

　　摘要：本文章以某工程水深地形測(cè)量為任務(wù)，本次測(cè)量范圍北至Toure Drive公路轉(zhuǎn)彎處燈塔往CoCo Beach方向500m處，南至Ocean Road公路水產(chǎn)碼頭，東至印度洋約4km，水域面積約16 km2 。為滿足該范圍工程測(cè)圖的需要，須對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行GPS平面控制測(cè)量。為了盡可能提高測(cè)圖精度，便于后續(xù)工作的實(shí)施，采用D級(jí)GPS網(wǎng)的靜態(tài)觀測(cè)方法。

　　關(guān)鍵詞：GPS網(wǎng),精度檢驗(yàn),質(zhì)量檢核

　　一、GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)和觀測(cè)

　　1. GPS網(wǎng)的布設(shè)和網(wǎng)形的設(shè)計(jì)

　　在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)根據(jù)測(cè)區(qū)實(shí)際需要和交通狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)。GPS網(wǎng)的點(diǎn)與點(diǎn)間不要求每點(diǎn)通視，但考慮到以后施工測(cè)量點(diǎn)位加密的需要，盡量保證每點(diǎn)都有1～2個(gè)通視方向。在進(jìn)行GPS網(wǎng)形設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到網(wǎng)形強(qiáng)度的問(wèn)題，設(shè)計(jì)采用邊連接的布網(wǎng)方式。GPS網(wǎng)由若干個(gè)獨(dú)立觀測(cè)環(huán)構(gòu)成，網(wǎng)中每個(gè)閉合環(huán)或附合線路中的邊數(shù)符合表1的規(guī)定。非同步觀測(cè)的GPS基線向量邊，按軟件功能自動(dòng)挑選獨(dú)立基線構(gòu)成環(huán)路。如果某條基線觀測(cè)質(zhì)量比較差，根據(jù)實(shí)際情況按所設(shè)計(jì)的網(wǎng)圖選取基線。為求定GPS點(diǎn)在當(dāng)?shù)豔GS84系統(tǒng)中的坐標(biāo)，GPS新埋點(diǎn)與測(cè)區(qū)內(nèi)已知的高等級(jí)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。

　　2. GPS觀測(cè)

　　(1)GPS觀測(cè)執(zhí)行情況

　　在實(shí)際外業(yè)觀測(cè)過(guò)程中,使用2臺(tái)Trimble 5700型、2臺(tái) Trimble R6 Model 2型GPS接收機(jī)，同時(shí)在4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行同步觀測(cè), 同時(shí)觀測(cè)有效衛(wèi)星數(shù)≥4顆，有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)≥4顆, 時(shí)段長(zhǎng)度≥60分鐘, 數(shù)據(jù)采樣間隔為15s。測(cè)量員到達(dá)站點(diǎn)后，對(duì)中整平，安置好接收機(jī)使其處于靜置狀態(tài)，然后再連接天線。其中，對(duì)中誤差小于1mm，天線基座上的圓水準(zhǔn)氣泡嚴(yán)格居中。

　　(2)遇到的問(wèn)題

　　由于本次測(cè)量工作在國(guó)外實(shí)施，起算資料的收集具有一定難度，且需要時(shí)間。在工作初期，沒(méi)有起算資料的情況下，GPS網(wǎng)的平差計(jì)算只進(jìn)行WGS84橢球下的無(wú)約束平差。

　　平差后得到的坐標(biāo)只是各點(diǎn)之間的相對(duì)坐標(biāo)，需要對(duì)其精度進(jìn)行檢驗(yàn)。實(shí)際工作中，選取了觀測(cè)邊(A4→A2)進(jìn)行檢核。按照《規(guī)范》相關(guān)要求，觀測(cè)差值。

　　式中 (mm)為固定誤差， (ppm)為比例誤差， (km)為觀測(cè)基線的平均邊長(zhǎng)。

　　其中，觀測(cè)平均邊長(zhǎng) =1879m，、取表2中的限差值。經(jīng)計(jì)算 =±21.285mm， =±60.203mm。0.038<0.060203，故符合要求。

　　二、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及檢核

　　1. 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

　　每個(gè)獨(dú)立的GPS-D級(jí)網(wǎng)觀測(cè)完成后，作業(yè)員及時(shí)將外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)利用Trimble Business Center軟件進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)的處理。選取截止高度角≥150，基線解算采用廣播星歷，解算類型為固定解，最小基線觀測(cè)時(shí)間為10分鐘，設(shè)置基線解算合格標(biāo)準(zhǔn)為：水平精度0.020m+1.0ppm，垂直精度0.040m+1.0ppm，利用Trimble Business Center軟件自動(dòng)處理生成的基線向量，分析處理不合格的基線向量，然后通過(guò)查看沒(méi)有固定解基線的公共衛(wèi)星、衛(wèi)星殘差等，對(duì)殘差較大的衛(wèi)星將該衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)禁用，再次處理不合格的基線向量，直到基線向量全部合格為止。

　　基線處理成功后，進(jìn)行WGS-84坐標(biāo)系下的自由網(wǎng)平差，首先按照事先設(shè)計(jì)好的網(wǎng)形提取基線向量構(gòu)建GPS基線向量網(wǎng)，檢查構(gòu)建好的網(wǎng)的GPS環(huán)閉合差報(bào)告，確保參與平差的基線向量構(gòu)成的所有的閉合環(huán)都通過(guò)(即環(huán)閉合差為0)。

　　2.GPS網(wǎng)觀測(cè)精度評(píng)定

　　GPS網(wǎng)的測(cè)量中誤差按下式計(jì)算：

　　其中，為GPS網(wǎng)測(cè)量中誤差，為GPS網(wǎng)中異步環(huán)的個(gè)數(shù)，為異步環(huán)的邊數(shù)，為異步環(huán)的環(huán)閉合差，、、為異步環(huán)的各坐標(biāo)分量閉合差。

　　本次觀測(cè)GPS網(wǎng)各異步環(huán)的環(huán)閉合差如表5所示：

　　根據(jù)(式2)計(jì)算，得到GPS網(wǎng)的測(cè)量中誤差 =8.860mm。

　　根據(jù)《規(guī)范》要求，GPS網(wǎng)的測(cè)量中誤差才算符合(其中，為基線測(cè)量中誤差)。

　　根據(jù)(式1)計(jì)算，得到 =24.603mm(詳見(jiàn)3.(b)表7)。

　　3. 內(nèi)業(yè)計(jì)算質(zhì)量檢核

　　下面就此次測(cè)量工作中的GPS-D級(jí)網(wǎng)的解算質(zhì)量進(jìn)行分析：

　　(a) 基線解算結(jié)果見(jiàn)表6：

　　基線解算以固定解作為最終結(jié)果，根據(jù)表6統(tǒng)計(jì)，最終解算出來(lái)的固定解中的最差水平精度≤0.020，最差垂直精度≤0.040，即相鄰點(diǎn)的基線分量中誤差水平分量和垂直分量均滿足了表5中有關(guān)GPS測(cè)量基線精度的要求。

　　(b)重復(fù)基線檢核

　　GPS網(wǎng)基線測(cè)量中誤差按(式1)計(jì)算：根據(jù)《規(guī)范》要求，解算出來(lái)的重復(fù)基線長(zhǎng)度較差才算符合。

　　對(duì)于D級(jí)網(wǎng)，參考表2中的要求，取a=10，b=10，經(jīng)過(guò)計(jì)算求得網(wǎng)中實(shí)際平均邊長(zhǎng)、基線測(cè)量中誤差、重復(fù)基線長(zhǎng)度較差允許值、重復(fù)基線長(zhǎng)度較差見(jiàn)表7：

　　根據(jù)表7的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，解算出來(lái)的重復(fù)基線長(zhǎng)度較差滿足《規(guī)范》中的規(guī)定。

　　(c)同步環(huán)閉合差檢驗(yàn)

　　根據(jù)《規(guī)范》要求，同步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差及環(huán)線全長(zhǎng)閉合差，應(yīng)滿足下列各式要求：

　　式中：為GPS-D級(jí)網(wǎng)基線測(cè)量中誤差。

　　計(jì)算結(jié)果如表8所示：

　　根據(jù)表8統(tǒng)計(jì)，同步環(huán)坐標(biāo)分量閉合差和全長(zhǎng)閉合差滿足《規(guī)范》要求。

　　(d)異步環(huán)閉合差檢驗(yàn)

　　根據(jù)《規(guī)范》要求，異步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差及環(huán)線全長(zhǎng)閉合差，應(yīng)滿足下列各式要求：

　　式中：為GPS-D級(jí)網(wǎng)基線測(cè)量中誤差。

　　計(jì)算結(jié)果如表9所示：

　　根據(jù)表9統(tǒng)計(jì)，異步環(huán)坐標(biāo)分量閉合差和全長(zhǎng)閉合差滿足《規(guī)范》要求。

　　(e)三維無(wú)約束平差質(zhì)量檢驗(yàn)