1、1基于高压输电环境的 GPS 观测数据分析【摘要】本文是用于验证，在高压输电线周围进行 GPS 数据采集，其测量成果会受到强磁场干扰的影响。本次研究进行了严格的实验设计，分别在高压输电线周围和远离高压输电线的地方进行静态 GPS 测量，使用 GPS 数据处理软件 Pinnacle 进行内业数据处理，从数据的角度分析可以看出，在高压输电线周围进行的静态测量成果及在电磁干扰地区的同步和异步环数据分别与在普通地区进行对比，其结果的精度和可靠性要低很多。在对各观测时段数据进行分段处理平差，并与整体数据处理的成果进行比较，更直观全面地分析高压输电线对静态 GPS 测量的影响。 关键词：GPS 静态测量、
2、高压输电线、数据分析、影响 Abstract:This paper is to verify, in the high-voltage transmission line around the GPS data acquisition, the measurement results will be affected by the strong magnetic field interference. This study was conducted to rigorous experimental design, respectively, in the high-voltage trans
3、mission line around and away from the high voltage transmission line where the static GPS measurement, the use of GPS data processing software of Pinnacle data processing within the industry, from the perspective of the data analysis can be seen, in the high-voltage transmission line around the stat
4、ic 2measurement results and electromagnetic interference in region synchronous and asynchronous ring data respectively and in the general area are compared, the results of the accuracy and reliability of much lower. In the observation period data is segmented adjustment, and the whole data processin
5、g results are compared, more intuitive and comprehensive analysis of high voltage transmission line effects on static GPS surveying. Key words: GPS static measurement, high voltage transmission line, data analysis, influence 中图分类号：TM621.5 文献标识码：A 文章编号： 1. 引言 本次研究课题主要针对的是高压输电线可能对 GPS 静态测量的影响。此次试验，分别在
6、高压输电线周围和远离高压输电线的地方设置 GPS控制点，进行静态 GPS 测量。完成外业数据采集后，使用 GPS 数据处理软件 Pinnacle 进行内业数据处理。从数据的角度分析可以看出，在高压输电线周围进行 GPS 静态测量与在普通地区进行 GPS 静态测量在测量成果上有差异，其控制点在各方向上的测量精度和可靠性要低很多。对比在有电磁干扰地区的同步环和异步环实验数据，可以得出，在强磁场中进行静态 GPS 测量，其测量的精度和可靠性都比在没有强磁场中的测量要低很多。在对整体数据进行处理后，还对各观测时段数据进行分段处3理平差，与整体数据处理的成果进行比较，更直观全面地分析高压输电线对静态 G
7、PS 测量的影响。 所以，在高压电线塔下或高压输电线周围进行静态 GPS 数据采集之前，必须了解高压输电线对 GPS 测量影响的大致情况，分析和掌握这些不利因素便于采取相应的测量手段，以更好地提供合格的测量成果。 2. GPS 介绍及在测绘领域中的应用 GPS 是英文 Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“全球定位系统” 。GPS 是由覆盖全球的 24 颗卫星组成的卫星系统，该系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到 4 颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。GPS 作为新一代的卫星
8、导航定位系统已在军事、交通运输、测绘、高精度时间对比及资源调查等领域中得到了广泛的应用。GPS 在应用上有以下一些优点：(1)全天候；(2) 全球覆盖；(3)三维定速定时高精度；(4)快速省时高效率；(5)应用广泛多功能。此外，GPS 定位技术在变形监测、水利建设、输电线路施测、道路（如铁路、公路）测量、水下地形测量（如航道测量、水库容量测量） 、海洋大地测量、海底地形测量、地籍测量乃至于航空摄影测量等方面也都得到了广泛应用。 3.实验方法论证理论方法分析 3.1 数据处理方法及实验结果分析原理 本实验静态 GPS 数据采用 Pinnacle 软件进行处理，Pinnacle 是一个完全在 Wi
9、ndows 操作系统下运行的 GPS 观测数据处理软件。利用4Pinnacle 软件对实验所得 GPS 数据进行基线处理、无约束网平差、有固定点的约束平差。在进行全时段固定点平差后，本次实验还设计了将各观测时段进行拆分，最后将处理所得到的数据进行对比分析，结合观测点所处位置，观。测时间等要素，得到最终结论。 3.2 基线处理 在测量学中，基线指的是在三角网测量中，经精确测定长度的直线段。在本次论证分析中，运用 Pinnacle 软件对基线的处理主要分为四部分:1 基线结算，2 构网，3 数据有效性检测，4 闭合环差检测。经过对基线的处理，将解算结果误差较大、未处理或属性改变、明显偏大的闭合环差
10、的基线进行剔除或重新处理。 3.3 无约束平差 网平差分为无约束平差和约束平差及联合平差，GPS 网的无约束平差指的是在平差时不引入会造成 GPS 网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。常见的 GPS 网的无约束平差，一般是在平差时没有起算数据或没有多余的起算数据。本次分析中，我们选取独立基线参与平差，选取坐标系为 WGS-84，大地水准模型 Geoid 为 None。根据平差计算中软件推荐值，作为基线的先验单位权方差估值（UWE） ，直到测试的结果通过。无约束平差中如果给出的先验单位权方差推荐值很大，那么有可能在网中某些基线仍存在较大的粗差，这可以通过平差报告中的点位中误差，和平差后某
11、些基线残差、及其降权系数来判断，剔除有问题的基线重新平差。 无约束平差的作用： 51） 评定 GPS 网的内部符合精度，发现和剔除 GPS 观测值中可能存在的粗差。 2） 得到 GPS 网中各个点在 WGS-84 系下经过了平差处理的三维空间直角坐标。 3） 为将来可能进行的搞成拟合，提供经过了平差处理的大地高数据。 3.4 约束平差 约束平差是指平差时所采用的观测值完全是 GPS 观测值（即 GPS 基线向量） ，而且，在平差时引入了使得 GPS 网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。当我们在 WGS-84 坐标系下做完无约束平差后，我们就可以在国家标准系下执行约束平差。根据转换模型的
12、不同，本分析中我们分为二维约束平差及三维约束平差。 二维约束平差：在本分析实验中，我们只能选择 Transformation Type 中的 Topocentric(地心模型)，在约束控制点坐标时，需要最少约束网中的两个平面控制点，如果其中一个点有高程，那么就约束该点的高程。否则必须假定其中一点的高程，可以选择当定的大致平均海平面的高度，或者某一点的 WGS-84 大地高； 三维约束平差：在本分析实验中，我们只能选择 Transformation Type 中的 Geocentric(球心模型)， ，在约束控制点坐标时，必须要有三个以上具有三维坐标的控制点来约束整个网，否则无法求解转换参数，也
13、就无法得到平差结果。 如果控制点的精度不太好，或者控制点间不太相容，那么约束平差6后检验也许不会通过，这就需要我们剔除有问题的控制点。 在实验分析中，通过观察报告中出现的存在较大粗差的控制点及它们与受到高压电、距离高压电远近等因素影响的控制点间的关系，从而对实验得到分析结论。 4. 静态 GPS 数据处理及实验结果分析 4.2 静态 GPS 数据处理成果 4.2.1 基线结算成果 基线解算的参数设置及 78 条基线解算成果(部分)如表 4-1、表 4-2所示： 表 4-1. 基线解算的常数设置 表 4-2. 基线解算成果 (N-E-U) 4.2.2 静态 GPS 网平差 根据基线解算结果，首先
14、进行 WGS84 坐标系下的无约束平差，然后再以 D002 作为已知基准，进行约束平差（固定控制点平差） ，D002 点基准坐标由 2 次、共计 16 小时的静态 GPS 观测结果，采用单点定位原理解算得到。表 4-3 为 GPS/GLONASS 观测网平差坐标及精度情况（部分） 。 表 4-3. 平差坐标成果 74.2.3 分段处理静态 GPS 数据 在进行整体解算之后，得到了有固定点平差结果，这个结果是对试验数据的全观测平差。为了研究高压输电线对静态 GPS 外业数据采集的影响，我们将全观测时段数据进行分时段处理，然后对每一组的同步观测数据进行处理，得出分段处理静态 GPS 数据的结果。
15、4.3 静态 GPS 数据分析 4.3.1 同一点不同时段数据比较 对于同一个点在不同时间段得到的平差数据，也有很大差异。在做全观测时段整体平差时，点 C000 的中误差比较大。在分段平差时，每个时间段得出的平差结果区间也就比较大，如图 4-1 所示，是该点各时间段 N 方向的平差结果： 图 4-1 点 C000 拆分平差后各时段在 N 方向上的平差结果统计图 （纵坐标为 N 方向上平差结果，横坐标为拆分后的组号） 如上图所示，该点的各段的平差结果大体上很平均，在毫米级浮动，但是有一些时间段的数据质量很差，如第 16、17、21、22、25、29 和 32组数据，其结果在分米级浮动。 4.3.
16、2 同一点在不同方向上得平差结果 如图 4-2、4-3 所示，是点 C000 在 N 方向、E 方向和 H 方向的分段平差结果分布图： 8图 4-2 点 C000 拆分平差后各时段在 E 方向上的平差结果统计图 图 4-3 点 C000 拆分平差后各时段在 H 方向上的平差结果统计图 与在 N 方向上的结果一样，该点的在 E 方向和 H 方向上的各时段平差结果也不好，E 方向的各时段平差结果也在分米级浮动，而 H 方向上的平差结果则更差，在米级浮动。 4.3.3 同步环数据比较 对于在同一时段不同点上采集的数据，其数据质量也是有差异的。如表 4-4 是同步环 A000-B000-C000-C0
17、01-B001-A001 各点在做整体平差和拆分平差的中误差对比： 表 4-4. 同步环各点在 N、E、U 方向上的中误差对比 其中，s(N) 、s(E)和 s(U)分别为各点在北方向、东方向和海拔高上的中误差。从表格可以看出，无论是在全观测时段整体平差结果中，还是在某一观测时段的平差结果中，C000 在个方向上的中误差都是最大的。 4.3.4 异步环数据比较 本次试验，每台仪器进行了四次迁站，共有四组异步环。 9从表格 4-5 可以看出，各方向上中误差较大的几条基线都与点A000、点 B000 和点 C000 有关。而这三个点为同步环 A000-B000-C000-C001-B001-A00
18、1 中的点。在四组异步环的数据对比分析后，我们得出这样的结论，高压输电线周围进行静态 GPS 测量，其测量出来的结果精度低，可靠性差。 表 4-5 基线解算成果 5. 结论 从实验数据分析角度，我们得出以下结论： (1)在不同时间段的同步观测，其得出的质量是有很大差距的。在外业观测中，当时的气象条件、可接受卫星数、地面信号质量等等各种影响因素，都会影响最终的数据采集成果。 (2)在高压电线周围进行静态 GPS 测量，其对平面方向 N、E 的精度影响要小于高程 H 方向的精度影响。 (3)高压输电线周围进行 GPS 测量，其测量出来的结果精度低，可靠性差。 (4)高压输电线周围进行静态 GPS 测量，其对同步环和对异步环的测量精度和可靠性都有影响，但影响大小不一样。 参考文献 【1】 李征航，黄劲松.GPS 测量与数据处理M. 武汉：武汉大学出版社.2005 10【2】 王爱朝.GPS 动态定位的理论研究：博士论文.武汉：武汉测绘科技大学.1995 【3】 明祖涛，江春华.高压输电线对 GPS 测量的影响J.全球定位系统.2004 【4】 刘东庆，翟明成.利用 Pinnacle 随机软件进行水电高精度 GPS施工控制网数据处理方法的研究N.测绘通报.2008
