GPS—RTK在线状建设用地测量中的应用研究

李金亮++王苏云++牛红艳++肖元东

摘 要：GPS-RTK也即所谓的高精度全球定位系统，其采用实时差分解算，可得到实时厘米级的测量精度。GPS-RTK在现状建设用地测量中获得了越来越广泛的应用，但使用过程中也需要进行误差控制与正确模式的选择。在这种背景下，本文在对相关理念进行概述的基础上，分析了对流层延迟模式误差、电离层延迟模式的评估及数值密度模型的建立等方面的内容，并给出了相应的结论。

关键词：GPS-RTK 线状 建设用地 测量 应用

中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（c）-0053-01

1 全球定位系统及其在线状建设用地的应用概述

高精度全球定位系统（GPS-RTK），近十年来在世界各地被广泛研究，并应用于各种不同的领域，如水平变形侦测、水平控制点测量、国家级三角网控制及补强等。高精度GPS测量所得的结果是三度空间的坐标，一般而言，水平向精度约3倍于普通垂直测量精度。

在线状建设工程的选址中，应充分利用区域内空闲地、闲置宅基地等存量建设用地。因此，借助于土地的勘测定界工作（用GPS卫星定位），最后可以形成现场勘查报告，从而提升线状地物区域的土地使用效率。

2 应用过程中的对流层延迟模式误差分析

2.1 误差

高精度GPS卫星信号自两万公里高空经大气层传给至地表。GPS信号经过对流层由折射效应会产生延迟。而对流层的折射误差影响着高精度GPS所选取的最低仰角，具有放大作用，也即影响高精度GPS的不仅是对流层折射误差，而且还有观测最低角度的放大效应。具体来看，包括如下内容：一是气压误差对高精度GPS高程的影响。气压误差影响高精度GPS高程情形，在不同裁角时有不同的影响率，且气压误差对高程影响，不受温度及相对湿度的影响。二是相对湿度误差对高精度GPS高程的影响。相对湿度误差对高精度GPS高程的影响，与压力、相对湿度的值多少无关，仅与温度值、相对湿度误差量与计算时的裁角有关，随着湿度值增加而放大了相对湿度误差对高精度GPS高程的影响率。三是温度误差对高精度GPS高程的影响。温度误差所产生的高精度GPS高程误差量，不仅随温度误差增加而呈非线性增加，且还随湿度增加而呈正比放大，更随温度增加策划呈现出非线性的放大。因此，以回归方式求得高程误差可用裁角、温度、湿度及温度误差的函数加以表示。

2.2 气象误差造成高精度GPS高程偏差的改进方法

为解决以上所述各种气象误差所造成的高精度GPS高程偏差情形，可采用对流层附加参数法，即在处理对流层偏差时，根据模拟状况，每站给予附加参数，以吸收残留的对流层偏差。在具体的应用中，为了探讨每一测站的附加参数多少，及其与高精度GPS高程精度提升的关系。应在每站每天（24 h）分别附加1、2、3、4、6、8、12及24个对流层天顶向残差附加参数，计算每天各测站的高程，比较附加参数多少与提升GPS高程精度的关联。因此，建议在处理24 h资料时，应考虑3个附加参数，也即每8个小时添加一个附加参数。参数越多在理论上越能吸收残差，但参数过多时，因弱化了法方程式的求逆解，也对未知数的求解不利。

3 应用中的电离层延迟模式的评估及数值密度模型的建立

3.1 电离层延迟模式的评估

由于线状地物区域所含电子量变化很大，因此，对于无线电信号的传送会造成不稳定的影响，一般认为此效应会造成约1米左右的定位误差。因而有必要特别针对该误差加以探讨，并建立适当的修正模式，提供单频接收仪使用者使用，而这也可提高其可靠度及可用性。目前各界对电离层延迟所产生的误差研究而言，认为可利用双频接受仪所接收的LI、L2或Pl、P2的组合，即可将该效应排除。然而，这是使用双频接收仪始可采用的方法，对于单频接收义的使用者而言，目前只能采用卫星广播中所提供的修正模式改善，这一模式为全球性的修正模式，其改正的有效性使约60%。因此，可以以现有的修正模式为基础，运用统计学中构建模式的方法，配合时间序列（Time Series）的观念，建立起适合线状地物区域性电离层延迟效应修正模式。

3.2 线性地物区域数值密度模型的建立

在物理大地测量中，必须要有大地水平面（Geoid）上的重力值，才能和椭圆体（ellipsoid）上对应点的正常重力值做比较，以精确决定大地水平面，进而开展重力值的内插、外插及地壳调查。因此，将地表点位所测得的重力值进行重力归算（Gravity Reduction）是必要的。要进行重力归算，需要用地表的密度。但由于精确的密度值，需要知道地层构造的详细状况，十分不易得到，故常视地层密度为均匀，以2.67 g/cm3常数代入计算。建立数值密度模型，目的在探讨应用地质图的信息，提供密度值化算，最终应用于重力计算。数值密度模型与数值地形、数值高程模型相仿，一方面对原始的地图资料采用数值形式，增加计算使用的方便性，并且可改善由于传统类比图图纸的伸缩变形所造成的日后使用时所产生的误差；再者，因结果为数值形式，对于资料的修正、管理与保存，都相当方便。

4 研究发现

一是在高温及高湿是下，气象误差对高精度GPS高程影响较大，故进行高精度GPS观测时，宜选择较有利的大气情况下进行，如在晴朗的夜间观测，不仅因大气容易模式化，且可降低大气误差所产生的放大效应，提高GPS观测精度。裁角越大，气象对高程影响相对较小，但裁角大时，则观测量也舍去较多，同时也弱化了方程式，对求解未知数是不利的，一般而言，裁角的选择，宜以15°或20°较为适当。二是附加对流层天顶向参数及映射函数可有效改善对流层成差所造成GPS系统偏差，约可改善90%以上，修正时并不一定要采用计算过程较为复杂的六参数模式方可得到较好的成效，反而是形式较简单的三参数或四参数模式能够提供较稳定的修正能力。三是对于电离层延迟模式的建构，根据所算得决定系数与经过F检验所得到的结果，可以得知运用90 s取样间隔所构建的修正模式，确实可对全电子含量在一天内各时刻的变化情形，提供相当高比例的预测能力，同时预测值与观测值两者间的统计关系也相当明确，再经进一步的评估及试验后，可以发现运用新建模式确时可以得到有效的修正，并可以确认该区域性修正模式的确可对线性地物区域受电离层返延效应影响的高精度GPS观测量，提供80%以上的修正效益，比目前广播信息中所采用的全球性修正模式所能提供50%～60%的效益提升很多。四是完成的线性地物区域数值密度模型，在资料的储存，更新及管理上，都相当方便，再配合数值地形模型，即可对地表实测得到的点位重力值进行重力归算，进而可推导出大地水平面及其他重要的物理大地测量相关资料。五是在高精度GPS轨道计算方面，通过网络取得追踪资料，配合线性地物区域的连续观测资料，采用调整卫星轨道方式计算，所得基线解精度要比使用广播卫星或IGS卫星计算结果更好，因此，结合基准站的观测资料来调控卫星轨道以增进基线解的精度是一项可行的方法。

参考文献

[1] 闫彩虹，段鹏飞.浅谈GPS-RTK技术在垂直救援中的应用[J].山西建筑，2010（20）.

[2] 汪永红.GPS-RTK技术在兰新铁路勘测定界中的应用[J].科学之友，2011（16）.cendprint