简析控制测量技术

简析控制测量技术

发表时间：2014-12-05T14:09:08.747Z 来源：《工程管理前沿》2014年第11期供稿作者：黄春雷

[导读] 观测进行时的控制测量：首先要捕获GPS 信号的定位，然后才能开始追踪、测量，最终得到要观测点的位置和相关数据。黄春雷（沈阳市勘察测绘研究院辽宁省沈阳市 110004）摘要：随着社会的不断发展，科技的不断进步，测量仪器设备迅速发展，新仪器不断出现。GPS 测量技术是一种全球覆盖式、精度更高、功能更强大、实时定位的新型控制测量技术。仔细研究好GPS 测量技术的基本工作要素，才能保证GPS 测量技术发挥正常、精确的定位功能。

关键词：控制测量 GPS 技术 CORS 系统

引言：传统测量技术向数字化技术测量技术的完美转变，测量成为获取和更新基础地理信息系统最真实，最可靠，最可信，最准确的手段。测控技术与仪器包含测量技术、控制技术和实现这些技术的仪器仪表及系统，测控技术与仪器专业是研究信息的获取、处理、存储、传输以及对相关要素进行控制的理论与技术，涉及电子学、光学、精密机械、计算机、信息与控制技术等多个学科基础及高新技术。

一、控制测量方案及数据处理要想让GPS 测量技术发挥其用，就要进行周密的控制测量方案设计，并且注意对数据的精确控制测量与处理。

1、以下面例子分析控制测量方案：按照D 级GPS 网的规格进行线性锁形式设计观测区域的第一级控制网的平面，采用南方9600 单频GPS 进行信号的接收，基线边构成结构稳固的多边形，以便于检测和控制观测网络。对控制网的平面和测区的高度的联合观测点至少要设立3 个。

2、观测进行时的控制测量：首先要捕获GPS 信号的定位，然后才能开始追踪、测量，最终得到要观测点的位置和相关数据。因为GPS 接收器与天线相融合，故只要将接收器的点位调整正确后就可以对信号进行观测。GPS 接收器捕获到卫星的定位信息之后，观测人员必须在完全熟悉GPS 接收器的操作要领之后，才允许对定位数据采取相关的查询和键入，一般情况下对于任何更改设参的行为是严厉禁止的。

3、控制测量的工作要点：观测操作人员确认连接正常后才能够打开接收器的电源；接收器各项信息无异常后再键入观测点的信息和时段长度；同步地观测卫星定位信息的变化并且做好控制；在一个时段范围内不可以关闭重启观测系统、关上系统的数据记录等功能或者擅自修改观测方位数据；在观测全程实时记录气象因素，随着时段长度相应合理增加记录次数；观测的高度在开始和结束时都要进行测量并记录；为了保护观测数据完整准确地保存不可以让系统出现硬盘的内存不足、仪器断电的情况或者处于长期低电压工作的状态；为了保护观测系统的安全要根据气象信息采取防止雷击的措施、恶劣天气来临时停止观测并拆掉天线。最后，观测工作审核全部合格后，按照规定迁走观测站点。

4、控制测量的数据记录。测量手册，是观测人员在接收器的工作全程之中实时记录的有关测量的数据。只有对测量手册进行全面、及时、真实地记录，才可以有效地完成控制测量任务。

5、控制测量的数据处理。以基线完成后的数据处理为例，需要注意的有：对观测值的误差，平差分析中假设观测值只有偶然误差，载波相位的定位精度达到对于L1 波段的定位信息误差仅仅是2mm。

如果偶然误差为1cm，则说明观测系统有误差；基线向量环闭合差的处理，对于根据时段标准不同而得到的同步环和异步环，环闭合差不能超过对应观测等级的精度标准限制；基线向量的计算，要将通过基准点和观测点计算后得到的GPS 点的位置信息换算为国家标准下的坐标以便于指导实际的应用，或者可以联合GPS 网络与大地网络的观测信息一起处理计算，得到需要的坐标值；基线向量的计算处理操作之后，要进行数据的审核，检查得到数据是否在控制测量规范的允许范围之内，数据是否与实际切合。审核内容有：例如，剔除的观测数据与所需的观测数据的个数之比不超过10%；在不同时段进行观测，得到具有多个观测数据的边的成果符合标准；同步环的闭合差应为零，但应该考虑系统处理数据的误差，一般情况下允许在合理范围内有微小差值。

二、CORS 系统实测精度分析1、数据统计与精度分析方法试验内符合精度的计算，采用每一测点的算术平均值作为该点的最或然值，将试验观测值与平均值求差。统计所有差值的分布情况，并对差值在不同区间的概率进行统计，同时分别计算北、东、高方向的内符合精度。测试外符合精度的计算公式相同，唯一区别就是计算采用测点的真实坐标作为基准。

2、内符合精度内符合精度测试选取开阔地段，将仪器架设在固定位置处不动，采用连续采集物理点方法，进行长时间不间断数据采集，共采集坐标数据30000 个，时间跨度从中午十二点持续到晚上八点，共计八个小时．测试过程中，卫星状况良好，卫星数目始终保持在7 颗以上。利用公式计算测试结果在三个方向上的精度X 方向0.0076 米，Y 方向为0.0056 米，H 方向为0.0130 米。

三、精度检测1、CORS 内部网精度检验为检验系统的稳定性以及信号覆盖情况，在设计覆盖范围外20km 左右，选取了8 个国家等级(高于C 级)点，又在设计范围内选取了均匀分布的100 个级GPS 点，还在建筑物密集地区选取约100 个5mm 精度以上的控制点作为检验点。为保证检测精度，外业观测时采用架设固定三角架进行对中观测的作业方式。距离小于五十千米的流动点进行检测，结果是都能快速精确定位，单个基点的初始化时间在30～60 s。在对检验定位精度过程中，出现的最大误差为平面点位置4 cm，最小误差为2cm；高程的最大误差在5—6 cm。除此之外，在设计范围内又均匀分布的原控制点进行准确的测量，在20 千米以内的水平精度控制在10-15mm，高程最大误差控制在20-30mm；在20-40 千米之间的水平精度控制在20-40mm，高程最大误差控制在40-50mm；在40-50 千米之间的水平精度控制在40-50mm，高程最大误差控制在50-60mm。满足一般测量定位的要求。为检验定位的稳定性，在每个检测点都记录了连续观测时间不少于180S 的定位数据2、观测时间对精度的影响观测时间的长短也是影响最终测量成果的一个主要方面，观测时间是从虚拟参考站(VRS)的形成(即仪器取得固定解的过程)到数据保存到仪器中的时间长。此间的前30S 接收数据的每一个历元之间差别较大，在厘米级上变化；60 S 后逐渐处于稳定，180S 后几乎不变。

为了找到合适的观测时间长度，分别进行了5，10，15，30 以及60个历元的观测精度统计，从统计结果可知，要达到厘米级的测量精度，观测15 个历元即可(95％置信度)，但要想获得更可靠的成果，则需要至少观测60 个历元。

结语：GPS 测量技术在控制测量中具有重要的应用意义，测量前要建立良好的观测站点，测量中要规范操作GPS 观测系统，并科学、精确地处理成果数据，那么控制测量工作水平将大大提高，控制测量效果也将显著增强。而CORS 系统布设和运行的精度确认后，内外网的精度基本上不存在差别，对于流动基点能进行准确的定位，在地形的测量和土地调查数据的更新上有着广泛的应用。