高山峡谷地形中GPS定位测量误差的分析和讨论

靳　祠,秦岩宾,贾家琳（.成都理工大学　地球科学学院,成都　60059；.四川水利职业技术学院　测绘工程系,四川　崇州　63）

高山峡谷地形中GPS定位测量误差的分析和讨论

靳祠1,秦岩宾1,贾家琳2
（1.成都理工大学地球科学学院,成都610059；2.四川水利职业技术学院测绘工程系,四川崇州611231）

摘要：介绍了GPS定位测量中的误差影响和来源，重点对高山，峡谷特殊地形中的GPS点位的选取、施测等方面进行讨论。

关键词：GPS测量技术；误差分析；特殊地形

1　前言

GPS定位测量技术，为测量技术的发展——特别是控制测量——带来了很大的革新。相较于传统的测量方法技术，GPS定位测量技术以其定位精度高，观测时间短，操作简便，全天候等特点著称[1]。随着技术的日渐成熟，它的身影已经出现在了各种各样的行业应用中。所以了解分析GPS定位测量误差的影响和来源，是十分必要的。

2　各个误差源影响及消除方法

（1）星历误差，又称为卫星轨道误差，是由于卫星星历所提供的卫星空间位置和它的实际位置的差值。卫星星历又分为广播星历和后处理星历，通过两者来得到卫星准确位置的轨道参数值。但是，两者所提供的轨道参数计算出的卫星位置与实际位置不符，故存在误差。其中广播星历推算的位置误差可以达到20～30m；后处理星历虽然能够将误差优化到1m左右，但它本身很难获得。基线要求不长时，可以通过利用观测值求差的方法消除卫星星历误差的影响，采用精密星历的方法也能消除。

（2）卫星钟差，包括频偏、频飘、钟差及钟的随机误差，它属于系统误差。只有保证GPS卫星上的原子钟和接收机钟与GPS时相一致，才能提高GPS测量的测时精度，从而提高GPS测量精度。否则，不经改正，最大等效距离误差可达到300km。与卫星钟差一样，接收机钟差也是与GPS时不一致产生的，引起的等距离误差可达300m，正因为其的影响很大，所以不可忽视。采用钟差模型进行误差值的修正，能达到减少的效果；利用观测量的线性组合，在卫星间进行求一次差也能消除。

（3）接收机天线相位中心偏差：由于接收信号的强度、方向、角度等不同，会影响相位中心的偏移，从而造成偏差的产生。采用相同类型天线采集观测值、指北方向线指北定向来削弱硬影响。

（4）电离层折射误差：当信号从卫星传播至电离层时，信号的路径会弯曲，使传播速度发生变化，继而使信号传播的速度乘上其传播时间得到的距离与卫星到接收机的距离不一致，产生的延迟值在天顶方向白天可达15m，夜晚达到1～3m左右。低仰角状况下则一般在9～45m。

要改正电离层误差，首选双频观测技术消除，它是利用双频观测量的色散效应（即折射改正数随频率变化）削弱误差，达到改正的目的。

（5）对流层折射误差，是GPS信号通过对流层时传播的路径发生变化，除了与大气压力、温度、湿度等有关，还和信号的高度角有关，在天顶方向可达2.3m；在地面方向可达20m。不过，采用改正模型可以消除大部分对流层折射误差，用相对定位消除残差。

（6）多路径效应，GPS信号由接收机接收时，由于测站周边反射物的影响，接收机接收到的信号分为直接接收和间接接收，两者相互干扰使观测值偏离真值。资料表明：在基线边长10km以下的GPS定位测量中，多路径效应是最主要的误差源之一。它严重影响定位精度，甚至会导致信号失锁，影响GPS定位测量工作。

3　高山、峡谷地形——以川西高原为例进行GPS　D级网定位测量工程简介及问题

（1）测区多属狭长河谷地带，城区沿河道而建，两侧都是高山，山间树木茂盛，形成了天然的信号屏障，测区大部位于河谷之中，甚至有的地带纵深几公里，宽度却只有几百米，造成高度角变小，接收卫星数量少，多路径效应误差严重等问题。点位选择时，充分考虑其影响，选择在视野开阔，利于长期保存，便于操作、发展的地点。由于测区的地形特殊性，为了满足点位密度设计的要求、方便联测和扩展的需要，提高测点精度，故工程中建造了部分房顶标志。

房顶标志的建造，有益于在GPS测量中的网形设计的需要，构成GPS网图形的边长均匀。楼顶标志上空视野良好，能够满足设计中点位间通视的需要，解决了在狭长山谷地带两侧反射物造成的强烈多路径效应的影响。由于测区城市建筑物修建密集，选择点位应避开信号发射源的干扰。在山间选择点位时，要规避开高压输电线的影响，高大树林的信号遮挡。由于任务设计要求埋设三等水准点，如果条件允许，应尽量将GPS点位和水准点位重合，方便联测检验高程。因测区中涉及高海拔地区，应注意收集冻土资料，确定冻土深度，对于冻土深度大于0.8m（含）的地区，应采用冻土基本标石。

（2）点位埋设完毕后，点位经过雨季沉降稳定，冻土地区至少需经过一个冻解期[3]，才能进行观测。仪器要求采用精度不低于5 mm+1ppm的双频GPS接收机进行相对定位观测。增加观测时段，设置采样间隔，能增加多余观测量，有利于在高山峡谷中削弱多路径效应的影响。对所选点位进行相对定位，基线距离不是很长的情况下，对于星历误差、多路径效应、对流层折射误差等，都具有良好的消除作用。

（3）数据处理时，由于地形的限制和复杂性，导致观测条件不是十分理想，所以星历应该尽量采用IGS发布的精密星历来进行处理，如果能保证基线长度没有超过60km，则可以使用广播星历进行处理。对于多路径效应影响严重的时间段和个别卫星（必须保证≥4颗卫星），可以采取剔除较大残差观测值的方法进行解算。而对于传播路径误差有关的误差，除了用模型进行改正，还能用改变高度截止角的方法剔除低角度位置受到的电离层、对流层误差影响。

4　结束语

GPS定位测量技术在各个误差源的共同作用下影响着点位精度，而特殊地形的限制，又加剧了误差的干扰。结合生产实例，特殊地形中点位的选取应按照规范的要求进行，注意天线安置精度，增加观测时间，增强网图形设计强度，数据处理时适当剔除失锁卫星数据、改变高度截止角。此实例，可以推广高精度狭长带状地形的控制测量，如公路、铁路、隧道、水运航道的高精度控制网的布设和观测。

参考文献：

[1]徐绍铨，张华海,杨志强等.GPS测量原理及应用[M].武汉:武汉大学出版社,2008(07).

[2]黄丁发,熊永良,周乐韬等.GPS卫星导航定位技术与方法[M].北京:科学出版社,2009.

[3]GB/T 18314-2009，全球定位系统（GPS）测量规范[S].

作者简介：靳祠（1987-），男，藏族，四川金川人，硕士研究生在读，研究方向：地理信息和地图制图工程。