GPS網(wǎng)中基準點的數(shù)量及位置分布對精度的影響分析*

李金生,楊學鋒,馬 馳

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學高等職業(yè)技術(shù)學院,遼寧沈陽110122;2.遼寧省交通高等專科學校,遼寧 沈陽 110122)

0 引 言

GPS技術(shù)以其高精度、高效率、全天候觀測等優(yōu)點被廣泛地應用在測繪工作中,特別是高等級平面控制網(wǎng)的布設過程中。GPS的測量成果屬于WGS-84坐標系,而實際工程中需要的是轉(zhuǎn)換到國家或地方坐標系中的坐標。轉(zhuǎn)換過程中,GPS網(wǎng)的絕對基準需借助于地面高等級已知點,因此,所借助的基準點的位置、數(shù)量及其穩(wěn)定性直接決定了GPS網(wǎng)最后平差結(jié)果的精度[1]。在實際應用過程中,由于所選的基準點的位置和數(shù)量不適當以及所選基準點由于一些人為因素而產(chǎn)生顯著位移,從而導致GPS網(wǎng)在轉(zhuǎn)換到地面坐標系的過程中產(chǎn)生變形,這將嚴重影響到GPS網(wǎng)最后平差結(jié)果的精度[2]。就GPS網(wǎng)中基準點的數(shù)量及分布對網(wǎng)的精度的影響做了一些討論分析。

1 基準點的組合方式

在GPS網(wǎng)中,基準點可能有若干個,如何確定基準點的數(shù)量,以及如何分配基準點的位置,會直接影響到GPS網(wǎng)的精度[3]。下面就對沈陽市某控制網(wǎng)中五個基準點進行不同數(shù)量及不同位置的組合,并將其作為約束條件,利用Gpsndps軟件進行平差,分析比較平差結(jié)果,得出相關(guān)結(jié)論。

1.1 沈陽某控制網(wǎng)網(wǎng)形

本GPS控制網(wǎng)中五個基準點分別為001、008 、010、015 、019,相互之間的位置關(guān)系如圖 1 所示。

圖1 沈陽某控制網(wǎng)示意圖

1.2 基準點的配置方案

在已知基準點數(shù)量較多的情況下,選擇基準點的個數(shù),從多個基準點中選擇若干個點進行組合,當基準點個數(shù)確定后選擇基準點的分布位置。

1)以基準點的個數(shù)情況進行配置,配置情況如表1所示。

表1 以基準點的個數(shù)情況進行配置

2)以基準點的位置情況進行配置,配置情況如表2所示。

表2 以基準點的位置情況進行配置

2 基準點的數(shù)量對GPS網(wǎng)精度的影響

為了比較地面基準點的個數(shù)不同時GPS定位成果的變化,可以將各種配置情況下純GPS點(未參與約束平差的基準點)的坐標和聯(lián)測邊的方位與所有基準點都參與約束平差計算的結(jié)果進行比較,對比分析兩種計算結(jié)果,可得到各種配置方案中方位角和坐標的最大較差,誤差結(jié)果見表3。

表3 基準點個數(shù)不同時GPS網(wǎng)精度分析表

由表3可以看出:

1)利用不同組合的約束平差基準,將得到不同的GPS坐標,說明GPS網(wǎng)不可能完全附和在地面網(wǎng)中,其點位誤差Fs與該點到約束基準點之間的距離有關(guān),如方案2中010、015、019三個純GPS點(未參與約束平差的基準點)中019的點位偏差最大,而019點與約束基準點(001、008)的距離也最遠。

2)方案7和方案8的方位較差較小,而其它方案的方位較差都在2.5 s左右。同時,方案7和方案8中點位偏差也較小。則可以說明,在選擇約束點時,應該盡量少用兩點或三點和點位分布不當(方案4和方案6)的情況。

3)基準點數(shù)量的選擇應考慮到控制網(wǎng)的用途、等級、精度要求、網(wǎng)形及規(guī)模等多種因素,客觀地講,約束點越多,可使GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)附和得越好,而使GPS網(wǎng)本身的觀測精度受到損害,反之,則可保持GPS定位固有的高精度,但無法提供準確的地面坐標系坐標。

所以,應盡可能聯(lián)測較多的基準點,可以有效的檢驗其精度是否可靠一致,并且有選擇地剔除[4]。

3 基準點的位置對GPS網(wǎng)精度的影響

GPS網(wǎng)中基準點的誤差和點位分布都會最終影響到GPS網(wǎng)約束平差的精度[5]。為了檢查GPS網(wǎng)中基準點的位置對GPS定位精度的影響,把不作約束條件的基準點當作是純GPS控制點,計算它們之間的方位﹑距離,并與其在地面坐標系中的坐標值進行比較,各種方案最大較差見表4。

表4 基準點位置不同時GPS網(wǎng)精度分析表

首先對以上八種方案中各點的位置特點進行分析,分析結(jié)果如表5所示。

表5 GPS網(wǎng)中基準點分布情況

由表4～5可以看出:

1)方案1和方案5精度較差,說明基準點不能位于網(wǎng)的一側(cè)或某一個角落。

2)對于只含有兩個約束點的方案,由方案2、3、4可以看出,兩約束點間距離增大時,精度有所提高(表現(xiàn)在方位角較差減小,相對較差增大),而當距離繼續(xù)增大使兩點均位于控制網(wǎng)邊界附近時(方案4),相對較差又突然降低。

3)對于含有三個約束點的方案,由方案5、6、7可以看出,點間距離較近且位于控制網(wǎng)一個角落的方案5精度較差,而點間距離較大且三點同時位于網(wǎng)內(nèi)部的方案6精度較好,而當點間距離繼續(xù)增大而使三點均位于邊界處的方案7,其方位角較差又有所降低。

4)由上面的結(jié)果可知,在選擇約束點時,應使其位于網(wǎng)形的中央位置,而不能使其位于某一角落(如方案1和方案5),如果是帶狀網(wǎng)形,不應使基準點位于網(wǎng)的一端。

5)一般來說,點間距離越大,則起始點的坐標誤差對基線方位及邊長的影響越小,但從方案4和方案7可知,在GPS網(wǎng)中,約束基準點太靠近網(wǎng)邊界處反而會使精度降低。

6)本檢查方法用純GPS點(未參與約束的基準點)間的方位﹑距離和其在地面網(wǎng)中的值進行比較,方案8只有1個純GPS點,所以無法檢查。

4 結(jié) 論

1)若要求所布設的GPS網(wǎng)的成果與舊成果吻合最好,則基準點數(shù)量越多越好,若不要求所布設的GPS網(wǎng)的成果完全與舊成果吻合,一般可選3～5個基準點(至少2個),這樣既可以保證新老坐標成果的一致性也可以保持GPS網(wǎng)的原有精度。

2)為保證整網(wǎng)的點位精度均勻,基準點一般應均勻地分布在GPS網(wǎng)的周圍。為了提高精度,盡量在離開控制網(wǎng)中央但未到達邊界的地方布設幾個基準點,同時要避免所有的基準點分布在網(wǎng)中一側(cè)的情況。

總之,選擇GPS網(wǎng)約束基準點,要同時兼顧基準點的數(shù)量及位置分布。

[1]邵永強,李淑慧,祁芳.GPS控制網(wǎng)公共點兼容性問題研究[J].黑龍江工程學院學報,2003,17(3):36.

[2]寧戰(zhàn)國,邢慧敏.關(guān)于礦區(qū)GPS網(wǎng)基準點選取的試驗研究[J].能源技術(shù)與管理,2006,(5):382.

[3]劉大杰,施一民,過靜珺.全球定位系統(tǒng)的原理與數(shù)據(jù)處理[M].同濟大學出版社,1996.

[4]張予杰,楊紅艷.GPS控制網(wǎng)與地面網(wǎng)聯(lián)合平差的兼容性分析[J].全球定位系統(tǒng),2002,27(3):35-36.

[5]刑繼紅.GPS網(wǎng)起始數(shù)據(jù)的誤差分析[J].地理空間信息.2006,4(4):13-15.