GPS精密單點定位在航道測量中的應(yīng)用

劉敏

摘 要：航道測量工作對我國航運事業(yè)的發(fā)展具有十分重要的作用，能夠為我國航運事業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，所以航道測量的精確度非常重要。為推動我國航運事業(yè)的發(fā)展，采取有效手段提升航道運輸?shù)木珳食潭确浅１匾鳛楹竭\工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，航道測量工作必須得到相關(guān)工作人員的重視。精密單點定位技術(shù)的是我國航道測量中一項應(yīng)用比較廣泛的技術(shù)，具有一定的精準度，隨著科技的進步，精確性非常高的GPS定位技術(shù)產(chǎn)生，而這種技術(shù)精密單點定位技術(shù)的結(jié)合能夠使我國航道測量的精確程度進一步提高。

關(guān)鍵詞：GPS；精密單點定位；模型；航道測量

當前，我國的經(jīng)濟發(fā)展水平越來越高，國際地位和國家綜合實力也在不斷提升，從而帶動了我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要去的增加。水運行業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展的來源之一，水利工程建設(shè)也是我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，所以國家發(fā)展戰(zhàn)略的修改對我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。對于航運設(shè)施建設(shè)而言，航運測量是一項基礎(chǔ)性工作，測量的精確度及質(zhì)量是保證航道性能的重要保證。隨著航道測量要求的提高，航道緊密定位測量的標準、和形式種類也日漸豐富，傳統(tǒng)的精密單點定位定位測量技術(shù)方法已經(jīng)不能滿足目前的測量需求，GPS定位技術(shù)的應(yīng)用使其增強現(xiàn)代發(fā)展要求。

1 GPS技術(shù)在航道測量緊密單點定位中的應(yīng)用概述

GPS技術(shù)是地理信息系統(tǒng)中一項精準度非常高的定位技術(shù)，該技術(shù)通過對現(xiàn)代先進信息技術(shù)的應(yīng)用，為測量準確度的提高奠定了堅實的基礎(chǔ)。隨著地理信息系統(tǒng)中各項技術(shù)的發(fā)展，GPS技術(shù)也不斷得到充實，技術(shù)水平和技術(shù)性能都得到了很大程度的提升，不僅提高了系統(tǒng)運行效率還將我國的地理信息系統(tǒng)以及精確定位系統(tǒng)帶向了一個全新的發(fā)展階段，IGS產(chǎn)品的產(chǎn)生和發(fā)展為GPS技術(shù)的發(fā)展奠定了前提。

2 精密單點定位技術(shù)

GPS精密單點定位技術(shù)基本思想簡單，就是利用IGS提供的GPS精密軌道和精密鐘差信息計算衛(wèi)星坐標和鐘差，同時應(yīng)用比較完整的物理改正模型改正定位過程中的各種誤差項，進行單站的絕對定位，以直接確定單測站在ITRF框架下坐標的一種定位方式。

目前主要有以下三種定位模型：傳統(tǒng)模型、UofC模型和無模糊度模

型。

2.1 傳統(tǒng)模型

GPS精密單點定位的傳統(tǒng)模型，是采用雙頻GPS偽距和載波相位觀測值的無電離層（Ionospheric-free）組合來構(gòu)成觀測模型。這種無電離層組合是減弱電離層影響最有名的公式，Zumberge，Kouba都采用這種組合作為精密單點定位的函數(shù)模型。

在模型運算的過程中相關(guān)研究人員還需要對模型中的無電離層組合的距離相位觀測值進行考慮，其模糊程度對模型的運算結(jié)果也具有非常重要的影響。另外，無電離層組合的實際觀測值中的觀測噪聲以及其買有被模型化處理的誤差也會對整個模型的運算結(jié)果造成一定的影響。通過這些函數(shù)模型的精確計算，我們可以確定傳統(tǒng)定位模型的精確程度，對其應(yīng)用誤差有一個清晰的了解。

2.2 UofC模型

加拿大Calgary大學的高揚于2002年提出的UofC模型與傳統(tǒng)模型不太一樣，除了采用無電離層相位組合外，還分別采用L1和L2頻率的碼和相位平均形式的組合。

這種模型雖然與傳統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)之間存在很大差異，大會其是建立在傳統(tǒng)模型基礎(chǔ)上的一種結(jié)構(gòu)，所以在模型計算中會涉及到傳統(tǒng)模型中的無電離層組合的觀測值參數(shù)。另外，在這種模型中主要分為三種組合模式，每一種組合形式的觀測值都會受到觀測噪聲及未被模型化誤差參數(shù)變化的影響。

2.3 無模糊度模型

與上述兩種模型不同，這種模型采用無電離層偽距組合觀測值和歷元間差分的載波相位觀測值。由于歷元間的差分處理，模型中的模糊度項被消除，不必再考慮模糊度的估計。

3 三種定位方法的精度分析和比較

本文利用所編的三種單點定位程序模塊對某市連續(xù)運行參考站基準站的數(shù)據(jù)進行了處理，選用了某日兩個小時的數(shù)據(jù)和單天的數(shù)據(jù)進行解算，衛(wèi)星截止高度角為50，采樣間隔為10s。

下圖為分別利用三種形式的定位程序?qū)?小時數(shù)據(jù)處理的結(jié)果與該點的已知ITRF框架坐標在X，Y，Z三個方向之間的差值圖。

圖1顯示的是用P碼偽距和廣播星歷用最小二乘法進行定位解算所得的結(jié)果與該點已知坐標值在三個方向上的差值曲線圖，由圖1可以看出，利用P碼偽距和廣播星歷進行解算，2個小時的解重復(fù)性精度在2m以內(nèi)。圖2顯示的是用P碼偽距和精密星歷用最小二乘法進行定位解算所得的結(jié)果與該點已知坐標值在三個方向上的差值曲線圖，由圖2可以看出，利用P碼偽距和精密星歷進行解算，2個小時的解重復(fù)性精度在1.5m以內(nèi)。圖3顯示的是用載波相位和精密星歷用卡爾曼濾波方法進行定位解算所得的結(jié)果與該點已知坐標值在三個方向上的差值曲線圖，由圖3可以看出，利用P碼偽距和廣播星歷進行解算，2個小時的解重復(fù)性精度在0.5m以內(nèi)。

從統(tǒng)計的結(jié)果可以得出如下結(jié)論：（1）采用偽距和廣播星歷以及偽距和精密星歷定位精度較低，點位精度一般在lm和0.7m左右。（2）采用相位觀測值并且輔以P碼偽距觀測值用附加模糊度參數(shù)的卡爾曼濾波參數(shù)估計方法進行定位，2小時點位精度可以達到0.3m左右。

5 結(jié)論

總而言之，GPS精密單點定位技術(shù)在我國航道測量技術(shù)的應(yīng)用能夠避免測量工作中會出現(xiàn)的很多誤差，對提高測量精確程度具有十分重要的意義。該技術(shù)在操作實施過程中的流程比較簡捷，不需要依靠其他的控制點作為輔助測量，并且對距離沒有要求，使用這種技術(shù)進行航道測量的時候不要求一定要進行靜態(tài)對頂測量，操持動態(tài)的方式進行測量操縱即可，在方便測量的同時還能滿足精確標準。所以，該技術(shù)具有很多測量優(yōu)勢，能夠很好的保證航道測量的準確性，所以在航道測量工作中已經(jīng)得到了廣泛推廣，而且擁有良好的發(fā)展前景。

參考文獻

[1]張軍.GPS-RTK技術(shù)在航道測量中的應(yīng)用[J].東北測繪，2002（01）.

[2]曹民雄.有關(guān)航道測量技術(shù)問題的討論[J].水運工程，2012（09）.