應用GPS技術的山區(qū)像控測量研究

郭祖清

摘 要：在山區(qū)航測外業(yè)像控測量中，由于地形條件和通訊條件的限制，現(xiàn)有的RTK技術不能很好的發(fā)揮作用，普通靜態(tài)測量模式觀測時間長效率低，采用雙基準站快速靜態(tài)可以很好的彌補其他GPS作業(yè)模式的不足。該文介紹了雙基準站快速靜態(tài)測量技術的基本作業(yè)方式和其優(yōu)點，并結合山區(qū)地形航測像控應用實踐，分析其測量精度的可靠性和作業(yè)效率的實用性。

關鍵詞：GPS技術 快速靜態(tài) 基準站 似大地水準面精化

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0077-02

GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）技術自上世紀90年代投入民用后，已廣泛用在導航、定位等領域，在測量行業(yè)更是具有革命性的意義，已成為控制測量的主要手段。隨著區(qū)域似大地水準面精化技術的發(fā)展，利用GPS技術可以快速獲取高精度三維坐標，使得GPS的應用更加方便快捷。在山區(qū)進行像控測量中，采用雙基準站GPS快速靜態(tài)結合精化似大地水準面的測量方法，精度可靠、效率高，是一種非常有效的作業(yè)方法。

1 原理

為了獲得厘米級甚至毫米級的高精度測量成果，在常規(guī)GPS測量中通常采用載波相位測量的方法，GPS接收機所接收到的衛(wèi)星信號中，已用相位調(diào)制技術在載波上調(diào)制了測距碼和衛(wèi)星導航電文，通過碼相關法或平方法可以將調(diào)制在載波上的測距碼和衛(wèi)星電文去掉，可以恢復載波的相位用于測量。GPS接收機的觀測量包括載波不足一周的部分Fr（Ф）和整周計數(shù)Int（Ф），一般表示：

載波相位φ與衛(wèi)地距ρ之間存在以下關系：

ρ=（Fr（Ф）+Int（Ф）+N）·λ

由于載波是不帶任何識別標識的一種純余弦波，GPS接受機能準確的量測不足一周的部分，卻無法測出是第幾周的載波信號，整周數(shù)的確定是載波相位測量中的特有問題。在普通的GPS靜態(tài)測量中往往需要進行較長時間的觀測，一般不少于45分鐘，以便能唯一正確的確定整周模糊度，保證解的可靠性和精度。

Frei和Beutler于1990年提出了一種快速求解整周模糊度方法（FARA），采用很少的觀測數(shù)據(jù)就能求解出整周模糊度。FARA方法的基本思想：以數(shù)理統(tǒng)計的參數(shù)估計和假設檢驗為基礎，利用初始平差的解向量（測站坐標和相位模糊度的實數(shù)解），以及其精度信息（方差-協(xié)方差和單位權中誤差），確定出某一置信區(qū)間；在該置信區(qū)間，確定出整周模糊度可能的整數(shù)解的組合；依次將整周模糊度的每一組合作為未知數(shù)一一代回法方程式，找出單位權中誤差σ最小的解，若σ最小顯然小于σ次最小，且從數(shù)理統(tǒng)計的觀點看基線向量及標準方差與初始解是一致的，則σ最小對應的解即為最終的雙差固定解。采用FARA法所需觀測時間一般雙頻接收機5～10分鐘，單頻機10～20分鐘，遷站時無需開機，只需像普通靜態(tài)定位那樣組織觀測。

2 雙基準站操作方法

在測區(qū)中選取的兩個固定點假設GPS接收機作為基準站，并一直保持對衛(wèi)星的跟蹤觀測，同時其他接收機在一定范圍內(nèi)流動設站作業(yè)，在每個點觀測一定的時間，以確定該點到兩個基準站之間的基線向量。

GPS快速靜態(tài)的數(shù)據(jù)處理與常規(guī)靜態(tài)測量相同，主要有基線解算、閉合環(huán)檢驗、三維平差、二維約束平差或者坐標轉換。

3 應用實例

某森林度假村地形測量項目采用航測成圖，比例尺1∶2000，測區(qū)高差約120米，成圖面積約20平方公里，采用無人機航拍，測區(qū)中有4平方連片公里水域，森林覆蓋率超過85%，交通條件較差，外業(yè)刺點比較困難。在測區(qū)及周邊布設了8個E級GPS點，點間平均距離2.5km，采用全野外布點法布設像控點。

首先在測區(qū)中選擇兩個外圍的E級點（E01、E03）作為基準站，采用一臺徠卡1230和一臺華測X91觀測，其中徠卡1230設為RTK模式并接收靜態(tài)數(shù)據(jù)，流動站采用2臺中緯ZGP800A接收機，每個像控點觀測一次，觀測時間不少于15分鐘，觀測時鎖定衛(wèi)星不少于5顆，GDOP值不大于6，接收機采樣率都設為10s。所有的GPS接受機都在檢定有效期內(nèi)，觀測前進行了外業(yè)檢測。

數(shù)據(jù)處理采用徠卡公司的LGO7.0軟件，基線解算均采用雙差固定解，觀測數(shù)據(jù)如圖2。

閉合環(huán)檢驗通過后，利用E級網(wǎng)三維約束平差的結果，固定E001、E003的WGS-84坐標進行三維約束平差，獲得像控點WGS-84坐標系下的三維坐標，再利用LGO軟件中的投影與基準模塊采用坐標轉換的方式得到地方坐標，像控點高程通過精化水準面得到，利用精化水準面模型文件進行高程擬合，可得到較高精度的高程值。三維約束網(wǎng)平差結果如圖3。

通過網(wǎng)平差結果可以看出除點P3459外解算精度都比較高，與常規(guī)靜態(tài)相同。作業(yè)過程中，檢測了兩個E級點，觀測時間均為20分鐘，坐標比對較差如表1。

整個項目采用雙基準站快速靜態(tài)模式觀測像控點79個，每天野外工作時間約10小時，平均每臺GPS接收機每天測點10個。在實際作業(yè)過程中，還有一臺徠卡1250型GPS接收機在徠卡基準站附近進行RTK作業(yè)，平均每天能測點26個，整個測區(qū)181個像控點測量共用時4天。

4 結語

采用雙基準站GPS快速靜態(tài)測量像控點，只需要一次上點就能滿足觀測要求，像控點與兩個基準站之間形成的三邊同步環(huán)可作為GPS觀測質量的檢核條件，在15km的范圍內(nèi)精度與常規(guī)靜態(tài)相當，因此雙基準站快速靜態(tài)速度快、精度高、勞動強度小，結合RTK的使用能快速完成像控點測量任務，有效提高外業(yè)工作效率。采用徠卡1230型一類的GPS接收機，在進行RTK作業(yè)的同時又能記錄靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)用于快速靜態(tài)后處理，在像控測量中非常實用。

參考文獻

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