1、GPS 网在航道测量中的精度分析摘要：本文章以某工程水深地形测量为任务，本次测量范围北至Toure Drive公路转弯处灯塔往 CoCo Beach方向 500m处，南至 Ocean Road公路水产码头，东至印度洋约 4km，水域面积约 16 km2 。为满足该范围工程测图的需要，须对测区进行 GPS平面控制测量。为了尽可能提高测图精度，便于后续工作的实施，采用 D级 GPS网的静态观测方法。 关键词：GPS 网；精度检验；质量检核； Abstract: This article takes a project bathymetric survey for the mission, the
2、measurement range of Toure Drive to the north road turns into CoCo Beach 500m lighthouse, South to the Ocean Road highway fishery quay, east to India ocean is about 4km, the waters of an area of about 16 km2. In order to meet the needs of the engineering of Surveying and mapping, to carry out GPS pl
3、ane control surveying of the surveyed area. As far as possible in order to improve the precision of mapping, the implementation of the following works, using static observation method for D GPS network. Keywords: GPS; accuracy test; quality checking; 中图分类号：P228.4 文献标识码 A 文章编号 一、GPS 网的设计和观测 1. GPS 网的
4、布设和网形的设计 在布设 GPS网时根据测区实际需要和交通状况进行设计。GPS 网的点与点间不要求每点通视，但考虑到以后施工测量点位加密的需要，尽量保证每点都有 12 个通视方向。在进行 GPS网形设计时，考虑到网形强度的问题，设计采用边连接的布网方式。GPS 网由若干个独立观测环构成，网中每个闭合环或附合线路中的边数符合表 1的规定。非同步观测的 GPS基线向量边，按软件功能自动挑选独立基线构成环路。如果某条基线观测质量比较差，根据实际情况按所设计的网图选取基线。为求定 GPS点在当地 WGS84系统中的坐标，GPS 新埋点与测区内已知的高等级点进行联测。 闭合环或附合线路边数的规定表 1
5、2. GPS 观测 （1）GPS 观测执行情况 在实际外业观测过程中,使用 2台 Trimble 5700型、2 台 Trimble R6 Model 2型 GPS接收机，同时在 4个观测点上进行同步观测 , 同时观测有效卫星数4 颗，有效观测卫星总数4 颗, 时段长度60 分钟, 数据采样间隔为 15s。测量员到达站点后，对中整平，安置好接收机使其处于静置状态，然后再连接天线。其中，对中误差小于 1mm，天线基座上的圆水准气泡严格居中。 （2）遇到的问题 由于本次测量工作在国外实施，起算资料的收集具有一定难度，且需要时间。在工作初期，没有起算资料的情况下，GPS 网的平差计算只进行 WGS8
6、4椭球下的无约束平差。 平差后得到的坐标只是各点之间的相对坐标，需要对其精度进行检验。实际工作中，选取了观测边（A4A2）进行检核。检核结果如表 3所示： 无约束平差精度检验 表 3 按照规范相关要求，观测差值。 （单位：mm）-（式 1） 式中 (mm)为固定误差， (ppm)为比例误差， (km)为观测基线的平均边长。 其中，观测平均边长=1879m， 、取表 2中的限差值。经计算=21.285mm，=60.203mm。 0.0380.060203，故符合要求。 二、内业数据处理及检核 1. 内业数据处理 每个独立的 GPS-D级网观测完成后，作业员及时将外业观测数据利用 Trimble
7、Business Center软件进行外业数据的处理。选取截止高度角150，基线解算采用广播星历，解算类型为固定解，最小基线观测时间为 10分钟，设置基线解算合格标准为：水平精度 0.020m+1.0ppm，垂直精度 0.040m+1.0ppm，利用 Trimble Business Center软件自动处理生成的基线向量，分析处理不合格的基线向量，然后通过查看没有固定解基线的公共卫星、卫星残差等，对残差较大的卫星将该卫星的观测数据禁用，再次处理不合格的基线向量，直到基线向量全部合格为止。 GPS-D 级网测量基线精度要求 表 4 基线处理成功后，进行 WGS-84坐标系下的自由网平差，首先按
8、照事先设计好的网形提取基线向量构建 GPS基线向量网，检查构建好的网的GPS环闭合差报告，确保参与平差的基线向量构成的所有的闭合环都通过（即环闭合差为 0） 。 2GPS 网观测精度评定 GPS 网的测量中误差按下式计算： -（式 2） -（式 3） 其中，为 GPS网测量中误差，为 GPS网中异步环的个数，为异步环的边数，为异步环的环闭合差， 、 、为异步环的各坐标分量闭合差。 本次观测 GPS网各异步环的环闭合差如表 5所示： GPS-D 级网各异步环的环闭合差统计表表 5 根据（式 2）计算，得到 GPS网的测量中误差=8.860mm。 根据规范要求，GPS 网的测量中误差才算符合（其中
9、，为基线测量中误差） 。 根据（式 1）计算，得到=24.603mm（详见 3.(b)表 7） 。 3. 内业计算质量检核 下面就此次测量工作中的 GPS-D级网的解算质量进行分析： 基线解算结果见表 6： GPS-D 级网基线解算结果统计表表 6 基线解算以固定解作为最终结果，根据表 6统计，最终解算出来的固定解中的最差水平精度0.020，最差垂直精度0.040，即相邻点的基线分量中误差水平分量和垂直分量均满足了表 5中有关 GPS测量基线精度的要求。 （b）重复基线检核 GPS 网基线测量中误差按（式 1）计算： 根据规范要求，解算出来的重复基线长度较差才算符合。 对于 D级网，参考表 2
10、中的要求，取 a=10，b=10，经过计算求得网中实际平均边长、基线测量中误差、重复基线长度较差允许值、重复基线长度较差见表 7： GPS-D 级网重复基线较差统计表表 7 根据表 7的统计结果，解算出来的重复基线长度较差满足规范中的规定。 （c）同步环闭合差检验 根据规范要求，同步环各坐标分量闭合差及环线全长闭合差，应满足下列各式要求： -（式 4） -（式 5） 式中：为 GPS-D级网基线测量中误差。 计算结果如表 8所示： GPS-D 级网同步环坐标分量闭合差和全长闭合差统计表表 8 根据表 8统计，同步环坐标分量闭合差和全长闭合差满足规范要求。 （d）异步环闭合差检验 根据规范要求，
11、异步环各坐标分量闭合差及环线全长闭合差，应满足下列各式要求： -（式 6） -（式 7） 式中：为 GPS-D级网基线测量中误差。 计算结果如表 9所示： GPS-D 级网异步环坐标分量闭合差和全长闭合差统计表表 9 根据表 9统计，异步环坐标分量闭合差和全长闭合差满足规范要求。 （e）三维无约束平差质量检验 根据规范要求，在三维无约束平差中，基线分量的改正数绝对值（、 、 ）应满足下式要求： -（式 8） 式中：为 GPS-D级网基线测量中误差。 GPS 网无约束平差基线分量改正数统计表 表 10 等级 基线分量改正数绝对值 D 级 最大值（mm） 允许值（mm） 6 73.809 由表 1
12、0可知，此次测量中 GPS网的三维无约束平差中，基线分量改正数绝对值符合规范要求。 （f）约束平差质量检验 在无约束平差确定的有效观测量基础上，固定选取的起算点坐标，进行三维约束平差。 根据规范要求，在约束平差中，基线分量的改正数与经过粗差剔除后的无约束平差结果的同一基线，相应改正数较差的绝对值（、 、 ）应满足下式要求： -（式 9） 式中：为 GPS-D级网基线测量中误差。 GPS 网约束平差基线分量改正数较差统计表 表 11 由表 11可知，此次测量中 GPS网的三维约束平差中，基线分量改正数较差绝对值符合规范要求。 本次静态 GPS-D级网观测，经三维约束平差后所得的 GPS高程，仅作为参考，具体高程成果以水准测量为准。
