馮國海 王有福

（1商丘工學(xué)院 土木工程學(xué)院， 河南 商丘 476000；2河南五建建設(shè)集團有限公司， 河南 鄭州 450000）

提高GPS手持機觀測數(shù)據(jù)精度的方法探討

馮國海1王有福2

（1商丘工學(xué)院 土木工程學(xué)院， 河南 商丘 476000；2河南五建建設(shè)集團有限公司， 河南 鄭州 450000）

GPS手持機具有攜帶方便、操作簡單、價格低廉等優(yōu)點，在野外測量中應(yīng)用廣泛，但也存在測量精度不高、易受外界條件干擾等缺點。本文提出了一種提高測量精度的數(shù)據(jù)處理方法，并作了實驗驗證。

1 前言

GPS手持機攜帶方便、價格低廉，在野外測量中應(yīng)用廣泛，但也存在測量精度不高等缺點。GPS手持機獲取的是WGS-84坐標，如需轉(zhuǎn)換到當(dāng)?shù)刈鴺?，則還需要經(jīng)過坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。如何解決GPS手持機觀測精度不高的問題一直是研究的重點。針對GPS手持機觀測精度不高的問題，本文提出了一種提高測量精度的數(shù)據(jù)處理方法：已知點坐標校正法。并作了實驗驗證。

2 已知點坐標校正法

在一個較小范圍內(nèi)，為了更便捷的獲得GPS手持機的校正參數(shù)，可以忽略不同坐標系間的長半軸差與扁率差，并用二維高斯平面直角坐標間的轉(zhuǎn)換替代三維空間直角坐標間的轉(zhuǎn)換，這時只需計算兩個校正參數(shù)(dx、dy)即可。先將GPS手持機的屏幕顯示坐標設(shè)置為WGS-84下的高斯平面坐標形式，然后在工作測區(qū)中找到一個已知點，用GPS手持機測定已知點的坐標，計算出已知值與觀測值的差值dx、dy，作為測區(qū)測量坐標的內(nèi)業(yè)改正值。當(dāng)然如果測區(qū)內(nèi)有若干個已知點，可以取改正值的平均值作為改正參數(shù)。這種方法簡捷方便，也能滿足一定精度要求。

3 不同時段對觀測數(shù)據(jù)的影響

我們在使用手持機的過程中，發(fā)現(xiàn)不同時段對同一點的觀測數(shù)據(jù)變動較大，用某一時段的觀測值計算出來的改正參數(shù)對其他時段的觀測值的修正效果不太好。下表 1為同一點位在不同時段的觀測數(shù)據(jù)對比，為了更簡明的說明問題，僅取y坐標觀測數(shù)據(jù)作對比。

表1 同一點位不同時段的觀測數(shù)據(jù)

從表中可以看出，時段一的y坐標改正值的均值為84.11m，時段內(nèi)改正值間的最大差值為0.99m，時段二的y坐標改正值的均值為86.18m，時段內(nèi)改正值間的最大差值為0.99m。兩時段間的各點改正值的均值之差達到了2.07m。時段內(nèi)的各點改正值之差則在1m之內(nèi)。

之所以出現(xiàn)這種情況，與GPS手持機的偽距測量原理有關(guān)。GPS偽距測量采用碼相關(guān)技術(shù)，GPS衛(wèi)星依據(jù)自己的時鐘發(fā)出某一結(jié)構(gòu)的測距碼，接收機產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)相同的復(fù)制碼，并通過時延器對這兩組碼進行相關(guān)處理，當(dāng)這兩組碼結(jié)構(gòu)上完全對齊時為碼完全相關(guān)，這時自相關(guān)系數(shù)為1。但是，由于測距碼存在隨機誤差和傳播變形誤差，自相關(guān)系數(shù)為 1的情況很難達到，只能在自相關(guān)系數(shù)最大的時候確定偽距。GPS手持機每次開機求得的最大自相關(guān)系數(shù)常會有一定差別，這影響到定位精度，導(dǎo)致同一點在不同時段的觀測值差別較大。

4 實驗驗證

為了驗證本文提出的基于同一觀測時段內(nèi)已知點二維高斯平面直角坐標改正值進行觀測數(shù)據(jù)修正的方法，用 Geo XT GPS手持機使用這種方法，在測區(qū)已知點上進行了驗證測量與數(shù)據(jù)分析。實驗數(shù)據(jù)見表2和表3。

表2 x坐標觀測數(shù)據(jù)

從表2可以看出，改正值Δx的均值為130.61m，最大較差為1.42m，也就是用其中的任何一點的 x坐標改正值來修正其他點，修正結(jié)果與真實值的誤差都在1.42m以內(nèi)。并且各點的改正值Δx大體上呈現(xiàn)遞減的趨勢，也就是說與已知點間隔時間越短，修正效果會越好；用一個已知點修正的話，將其放在中間時刻對整體的修正效果較好。用中間時刻點0612的x坐標改正值來修正其他點，修正結(jié)果與真實值的最大誤差為0.92m，最小誤差為0.1m，平均誤差僅為為0.45m，可以說修正效果是很好的。

表2 y坐標觀測數(shù)據(jù)

從表3可以看出，改正值Δy的均值為86.48m，最大較差為1.46m。y坐標的改正值Δy在整體單調(diào)性上并不明顯，但用中間時刻點0612的y坐標改正值來修正其他點，同樣能取得不錯的效果。其他點的修正結(jié)果與真實值的最大誤差為1.01m，最小誤差為0.01m，平均誤差僅為0.43m。

5 結(jié)論

（1）基于同一觀測時段內(nèi)已知點二維高斯平面直角坐標改正值的觀測數(shù)據(jù)修正方法簡單、高效，也能滿足一定精度要求。

（2）使用這種方法，要注意根據(jù)衛(wèi)星可見性預(yù)報選擇良好的觀測時段。與已知點時間間隔越短，修正效果越好。

[1]李克昭.GNSS定位原理[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2014.

[2]黨亞民.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].北京：測繪出版社,2007.

[3]張勤.GPS測量原理及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社,2005

[4]黨亞民.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].北京：測繪出版社,2007.

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1007-6344（2017）09-0308-01

第一作者：馮國海（1982.07-） ，男 ，河南開封，工程師，研究方向：施工管理

第二作者：王有福（1980.11-），男，甘肅省武威市涼州區(qū)，助工，研究方向：工程測繪。