陳勝利

（阜陽市測繪院，安徽 阜陽 236001）

0 引言

山區(qū)地形起伏較大，待定點間通視、近地面大氣密度、透明度、折光影響成為以往導(dǎo)線測量、三角測量、高程引測的較大障礙，而網(wǎng)形設(shè)計、傳算邊角觀測的各項誤差也限制著成果的精度。 GPS 測量由于全天候、精度高、省費用等鮮明優(yōu)點[1]，已成為目前測繪單位首選的基礎(chǔ)控制測量方式。 特別是相對定位的精度基本上與待定點間構(gòu)成網(wǎng)形無關(guān)，以及不需通視等，使得GPS 測量具有很大的靈活性。 本文著重敘述在山區(qū)施測一級GPS 測量過程及保證精度、減小誤差、提高效率的方法。 日前，阜陽市測繪院受瑞安市規(guī)劃建設(shè)局委托，為了滿足瑞安市農(nóng)村村莊規(guī)劃和建設(shè)的需要，施測瑞安市境內(nèi)50 個村約10km21：500 比例尺地形圖。

1 山區(qū)地形GPS 網(wǎng)形設(shè)計

1.1 基礎(chǔ)條件

該測區(qū)處于東經(jīng)120°15′至120°33′范圍內(nèi)，以山區(qū)地貌為主，村莊多分布在山岙里，且比較分散，相距1～10km 不等，但多數(shù)村莊均有瀝青或水泥路可到達。 為滿足1：500 比例尺數(shù)字化地形圖施測需要，本測區(qū)在四等以上平面控制點基礎(chǔ)上，直接布設(shè)一級GPS 網(wǎng)作為基礎(chǔ)控制， 原則上1km2不少于16 個固定點。 由1：70 000 比例尺的瑞安市行政區(qū)劃圖可知，施測的50 個村約分布在500km2范圍內(nèi)。

由于以上客觀原因，為滿足數(shù)字化地形圖施測以及點位精度要求，阜陽市測繪院決定采用標(biāo)稱精度： 水平精度為5 mm+1 ppm*D， 高程精度為10 mm+2 ppm*D 的四臺套北極星9 600 型GPS 測量系統(tǒng)，采用靜態(tài)相對定位的作業(yè)模式施測。

已有資料： 測區(qū)內(nèi)有3 個1998 年同網(wǎng)平差的已知四等控制點。 采用1954 年北京坐標(biāo)系，參考橢球幾何參數(shù)，中央子午線經(jīng)度為120°。

1.2 布點與聯(lián)網(wǎng)

此控制網(wǎng)施測的目的是為了滿足進一步加密控制和數(shù)字化地形圖施測的需要。 依據(jù)CJJ73-2010《衛(wèi)星定位城市測量規(guī)范》，考慮到村莊相距較遠且多分散在山腳、山岙等因素，原則上每個村莊布設(shè)3個點，且其中2 個點保證通視。 計劃布設(shè)124 個未知點，采用點連式作為該網(wǎng)的基本圖形。 綜合誤差傳播定律、布點構(gòu)成的網(wǎng)形幾何強度，為保證GPS網(wǎng)進行約束平差后點位坐標(biāo)精度的均勻性以及減少尺度比誤差影響，對已知等級控制點，除納入整網(wǎng)觀測外，也適當(dāng)構(gòu)成長邊圖形。 距已知點較遠的未知點、 網(wǎng)邊緣地區(qū)的未知點一般采用邊連式，以增加重復(fù)基線、非同步圖形閉合條件。 這樣既可以減少外業(yè)工作量、降低成本，又能夠保證網(wǎng)的幾何強度，提高網(wǎng)的可靠性指標(biāo)。

2 GPS 測量的外業(yè)實施特點分析

2.1 GPS 短基線測量的主要誤差來源

對于短基線來說，由于基線兩端點之間的距離較短，進行數(shù)據(jù)處理時采用差分的形式。 電離層和對流層對信號的延遲對基線兩端點的影響大致相同， 星歷誤差對短基線的兩個測站的影響基本相同，均可忽略[2]。 因此，短基線測量的主要誤差來源是：多路徑誤差，天線相位中心位置的偏差，接收機的位置誤差，地面起始點的誤差，衛(wèi)星的PDOP 值[3]。

2.2 山地GPS 選點

選擇合適站址的目的主要是消除GPS 信號的傳播誤差， 北極星9600 型接收機內(nèi)置扁平微帶有源高增益天線和抑制板，可控制高度截止角（通常15°）以下的反射波，可顯著削弱多路徑誤差。但是由于村莊多分散在山腳、山岙，且3、4 層建筑物林立，為滿足村莊數(shù)字測圖需要，除依據(jù)CJJ73-2010《衛(wèi)星定位城市測量規(guī)范》關(guān)于選點的要求外，因客觀原因，不可避免地有部分點選擇在山坡上或存在障礙現(xiàn)象。 對于周圍有高于10°障礙物的點，必須繪制GPS 點的環(huán)視圖。

2.3 山地GPS 觀測

觀測時段：基線長度原則上在5 km 以內(nèi)，觀測45 min，5～10 km，觀測60 min。 采樣間隔15 S，高度截止角15°[4]。

觀測實施：根據(jù)近一個月星歷預(yù)報，選擇衛(wèi)星的PDOP 值較小的時段觀測，同時根據(jù)具體點位情況、參考GPS 點環(huán)視圖、基線長度等因素，制訂觀測計劃和每天觀測表。 特別小組成員可根據(jù)實地情況提出建議，由組織協(xié)調(diào)人員現(xiàn)場有選擇地增加觀測時段長度。

2.4 山地GPS 數(shù)據(jù)處理

每天觀測結(jié)束后，下載觀測數(shù)據(jù)。 按規(guī)程、技術(shù)設(shè)計及時對外業(yè)全部資料進行全面檢查和驗收，包括：成果是否符合調(diào)度命令和規(guī)程要求，觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量分析是否符合實際等。

采用隨機軟件進行基線處理，以合格雙差固定解作為本次短基線處理的合格解。 對于軟件未能解算出合格解的基線的處理，可改變解算條件，重新解算：（1）改變歷元間隔。 采集高質(zhì)量的載波相位觀測值，是解決周跳問題的根本途徑，適當(dāng)增加采集密度是診斷和修復(fù)周跳的重要措施。 對基線同步觀測時間較短的測點，可縮小歷元間隔，讓更多的數(shù)據(jù)參與計算；若基線同步觀測時間長，可增加歷元間隔，減少參與計算的含有質(zhì)量差數(shù)據(jù)；若數(shù)據(jù)周跳較多，可增加歷元間隔，使解算時跳過中斷的數(shù)據(jù)，繼續(xù)解算。 若點位環(huán)視圖有障礙，可增大高度截止角、減少歷元間隔。 （2）改變高度截止角。 同步觀測時間較長，觀測衛(wèi)星較多、GDOP 較小，根據(jù)點位環(huán)視圖有障礙，就增加高度截止角解算；若同步觀測時間短， 在軟件默認解算條件下觀測衛(wèi)星不足，GDOP 較大，點位環(huán)視條件好時，可降低高度截止角進行解算。 （3）禁用無效歷元。 參考基線解算報表，若衛(wèi)星健康狀況惡劣，衛(wèi)星信號經(jīng)常失鎖，整周模糊度搜索失敗，禁用無效歷元，同時注意控制同一時段觀測值的數(shù)據(jù)剔除率，使之小于數(shù)據(jù)總量的10%。顧及時段中信號間斷引起的數(shù)據(jù)剔除、劣質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的發(fā)現(xiàn)及剔除、星座變化引起的整周未知參數(shù)的增加等，可重新解算。

然后，對所有解算出合格固定解的基線進行檢核：（1）每個時段同步觀測數(shù)據(jù)檢核；（2）重復(fù)觀測邊檢核；（3）同步觀測環(huán)檢核；（4）異步環(huán)檢核。 當(dāng)發(fā)現(xiàn)以上各步檢核超過限差，應(yīng)分析原因，經(jīng)平差處理后，單位權(quán)中誤差一般值為0.05 周以下；短基線雙差實數(shù)解、雙差固定解之間的基線向量坐標(biāo)通常要求其差小于5cm[3]。

2.5 山地GPS 野外返工

對經(jīng)過檢核以及綜合分析各種客觀因素基礎(chǔ)上超限的基線，須進行野外返工。 由于控制面積大、交通不便等因素，應(yīng)分步考慮返工：（1）無論何種原因， 造成一個控制點不能與兩條獨立基線相連接，都納入第二天觀測計劃，適當(dāng)調(diào)整觀測網(wǎng)形，補測或重測不少于一條獨立基線。 （2）當(dāng)舍棄（在復(fù)測基線邊長差、同步環(huán)閉合差、獨立環(huán)閉合差檢驗中超限的）基線后的獨立環(huán)所含基線數(shù)超過10、由于點位不符合GPS 測量要求而造成一個測站多次重測仍不能滿足各項限差技術(shù)規(guī)定時，在整網(wǎng)觀測完后重測基線、有關(guān)同步圖形，或按技術(shù)設(shè)計要求，另增選新點，進行重測。

3 結(jié)語

綜上所述，針對影響山區(qū)一級GPS 測量的客觀因素，應(yīng)認真分析主要誤差來源，選擇設(shè)計合適的網(wǎng)形。 經(jīng)過小組成員的共同協(xié)作， 參考星歷預(yù)報、GPS 點環(huán)視圖、基線長度，特別是觀測小組成員現(xiàn)場反饋的測站信息，選擇變更觀測時段長度甚至待定點位置，可有效減少山區(qū)交通、地形給GPS 測量帶來的不利因素，在保證精度的基礎(chǔ)上，減少外業(yè)工作量、提高效率、降低成本。

[1] 李天文. GPS 原理及應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2003：4-5.

[2] 劉基余，李征航，王躍虎，桑吉章. 全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用[M]. 北京：測繪出版社，1993：127-154.

[3] 徐紹銓，張華海，楊志強，王澤民. GPS 測量原理及應(yīng)用[M]. 武漢：武漢大學(xué)出版社，1998：87-132.

[4] CJJ73-2010，衛(wèi)星定位城市測量規(guī)范[S].