单频GPS接收机作II等控制网观测的处理过程

单频GPS接收机
同样可作II等控制网观测
徐建忠
(四川省水利水电勘测设计研究院第一测绘分院)
摘 要  本文从实际工作出发,介绍了单频GPS接收机作II等控制网观测的处理过程。
关键词  GPS测量  单频GPS接收机   II等控制网    红外边长
一． 概述
GPS问世以来，以全天候、高精度、自动化、方便灵活、高效益等显著特点, 充分显示了在导航，定位领域的霸主地位。
近年来，GPS技术在我国测绘领域迅速推广，GPS得到广泛应用，一直已来，单频GPS接收机大量被使用，但GPS规范明确规定，单频GPS接收机只能作IV、V等网观测，无法作II、III等网观测，对于一些测绘单位来说，购买一套双频GPS接收机，价格上又难以承担。
近几年，我一直承担着GPS的观测和解算工作，在这里，我介绍一下我几年来总结的经验和一点方法。
二． 单频GPS接收机在观测II等控制网中的网形要求
在使用单频GPS作II等控制网观测时，控制网的构网比较关键，一般要求按常规仪器观测方法来构单频GPSII等控制网，要求点与点之间大部分通视，控制网宜构成近似等边三角形、大地四边形、中心多边形、等图形组成，三角形最小角不宜少于30度，尽量有多余观测。
三.    单频GPS接收机测量在II等控制网中的使用
单频GPS点位应选在便于安置接收机和操作的地方，视野开阔，被测卫星的地平高度角应大于15度，GPS点位应远离大功率无线电发射源、高压电线、大面积水域，避免影响GPS接收效果及减少多路径误差。
GPS测量中并不要求通视，这对通视比较困难的地区非常有利，但在作II等控制网测量时，单频GPS接收机的这种优势并不明显，它的构网要求限制了它的这种优势。单频GPS接收机测量中，尽量用四台GPS测量，按四边形观测法，通视点尽量有GPS基线边。观测时，严格按《施工测量规范》中II等控制网要求进行。
四. 单频GPS II等控制网边长观测
单频GPS接收机观测的II等控制网中，所有通视点基线边都必须作红外边长观测，所使用仪器必须送有关检验机构，进行全面检验，获得加常数和周期误差等数据，测距时，使用的温度计、气压计等也应送计量部门进行检测。
测距时，严格按《施工测量规范》中的要求进行往返观测，其往返测较差小于2(a+Db)，若出现超限时，应重新观测，必要时，还需要在同一时间段观测往返测距离。
在测区平面测得的边长，加上各项改正后,必须投影到测区参考椭球面上，边长S投影到参考椭球面的公式为:
L=S*(1-(H+K/2-Hm)/R)
式中,H为架站高程,K为架站与前视高程差,Hm为测区平均高程面,R为测区平均曲率半径.
五. II等控制网的GPS解算及数据处理
   目前,使用GPS越来越多,但对新手来说,在这方面相当欠缺,通过几年的使用,特别在处理高等级控制测量中,积累了一些经验，提出来供测绘工作者参考。
① 先把GPS观测数据传入计算机,根据GPS外业记录手薄修改观测时输入有误的数据。
 GPS基线解算软件一般都是随机软件,不同类型的GPS软件,其解算方法了不一样,有的软件在解算时,需要人为干预,有的则由软件自动筛选,不管哪一种类型的GPS软件,只要根据随机软件说明操作,GPS基线解算就可迎刃而解。但基线解算过程中,单点选择是非常重要的,要想得到高精度的基线,必须选择观测效果较好的GPS点,作为单点计算,如果所选单点观测效果较差,所得基线难达到II等GPS控制网精度。
② 基线解完后,输入到各自的平差软件,现以武测软件POWERADJ 3.0为例,它的文件格
式为*.ASC,在POWERADJ3.0下,设置好GPS接收机类型, 调入基线文件,先自动预处理, 选择好控制网所在的坐标系统,进行三维平差,作二维平差时,一般在独立坐标系统按一点一方位进行平差,如果二维平差结果没有达到II等GPS控制网点位精度和边长相对精度，就要进行基线筛选,再进行手工预处理,除去效果差的基线,再行平差,在GPS观测效果好的情况下,不难达到II等控制网精度,点位误差小于10mm,最弱边长相对精度小于1/25万。从单频GPS接收机测量结果来看,与双频GPS接收机观测效果没多大区别,这不能说明观测成果就能满足II等控制网精度,还必须加入红外边长到POWERADJ 3.0距离观测值中,再次平差,所得结果才能作为II控制网成果。
六. 单频GPS接收机在测量II等控制网的算例
我院于1999年购置单频GPS接收机四台套,几年中测量过不少II等施工控制网,天龙湖引水式电站,引水隧洞长达七公里多,现已贯通,武都水库施工控制网等水利水电工程。我以重庆富金坝电站航运工程为实例,对单频GPS接收机测量II等施工控制具体方法介绍一下。
1）.构网图形
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2）. 单频GPS接收机观测边长分析
GPS观测边长与红外边长对比
点名 GPS观测边长
(m) 红外观测边长(m) 边长对比差值(mm)
3-4 700.4015 700.4041 -2.6
3-5 534.1757 534.1757 0.0
3-6 1100.1125 1100.0920 20.5
4-6 469.7690 469.7736 -4.6
4-5 840.2143 840.2279 -13.6
5-6 1031.6616 1031.6540 7.6
5-8 1250.2728 1250.2560 16.8
6-7 764.4614 764.4619 -0.5
6-8 544.3777 544.3779 -0.2
6-9 1053.8888 1053.8650 23.8
7-8 985.2796 985.2843 -4.7
7-9 630.1450 630.1433 1.7
8-9 911.6576 911.6623 -4.7
红外边长用瑞士威尔特DI2002光电测距仪施测, 测前作仪器加乘常数检定, 在大气稳定, 成像清晰的条件下进行观测。GPS观测边长与红外边长相比较：最大差值为+23.8mm，最小差值为0mm，这说明单频GPS接收机观测边长不太稳定，虽然GPS的观测精度相当高：点位精度最大为3.4mm，最弱边长相对精度为1/33万，为了解决单频GPS接收机的边长问题，我经过多年的实际操作，解决这一问题的最好办法是加入红外观测边，来提高GPS边长的有效精度，加入边长后，GPS的精度有所降低：点位精度最大为4.8mm，最弱边长相对精度为1/27万， 完全能达到水利水电规范要求，但它有效地提高了GPS网的可靠性。
3）. 单频GPS接收机在观测值解算中出现的一些问题及建议
单频GPS接收机在观测二等控制网时，经常会遇到起始点精度不高的问题（由于尺度参数是GPS解算的重要参数，受起始点精度影响相当大，这在下一论文中用实例作具体阐述），很大地影响GPS边长，与红外边长相比，有的边差值可达到分米，大大地影响到控制网的可靠性。单频GPS接收机在观测值解算中，以不同的点作单点解算基线，所解算出来的精度不一样，观测效果好的点解算出来的控制网可靠性高于观测效果不是很好的点解算出来的控制网。
根据我们对单频GPS接收机作二等控制网观测的使用情况,对于一些测绘单位不是很景气的情况下,完全可以使用单频GPS接收机作二等控制网观测,只是在GPS布网,GPS解算,GPS平差处理过程中要求非常严密。
七. 结束语
我院地处水利水电十分丰富的四川,随着这几年的西部大开发,我院担任着开发四川大中型水电站的设计与勘测,GPS在电站勘测中起着巨大的作用。

                     参考考文献
1 刘基余等:全球定位系统原理及其应用.北京:测绘出版社,1995年
2 水利水电工程施工测量规范.北京:水利电力出版社,1993年



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