对《全球定位系统(GPS)测量规范》个别规定的讨论

对《全球定位系统(GPS)测量规范》个别规定的讨论
摘要： gps是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星导航定位系统，它在海洋大地测量学、航空与卫星遥感、工程测量及工程变形监测等方面应用更加广泛，尤其对经典测量学的各个方面产生了极其深刻的影响。

通过多年的实践，本文从《全球定位系统（gps）测量规范》（gb／t 18314—2009）实际使用情况和执行该《规范》所出现的问题入手，讨论该《规范》个别条款可能存在的不合理性，分析出现问题的原因及应对措施，供使用该《规范》的作业人员参考。

关键词：导航定位、gps规范、控制测量、出现的问题、应对措施
中图分类号： p228 文献标识码： a 文章编号：
一、问题的发现
2012年10月，我们施测了芜湖市某d级网，共埋设标石8个，基线20条，平均边长4952米，topcongps接收机标称精度3mm+1ppm, 基线测量中误差σ=√（a2+( b×d×10-6)2)，以此d级网为例，加以分析。

外业数据质量检核
外业数据质量检核包括：复测基线较差ds；同步环坐标分量闭合差dx、dy、dz；异步环坐标分量闭合差wx、wy、wz、ws；相邻点基线分量中误差等项目。

复测基线: 复测基线长度较差最大ds= 3.6mm,小于16.4mm限差。

同步环坐标分量闭合差：坐标分量闭合差dx最小为5.4mm，dy
最小为2.4mm，dz最小4.4mm，
由此可见：dx、dy、dz均大大超过2mm的限差要求。

异步环坐标分量闭合差：坐标分量闭合差wx最大为12.8mm,wy
最大为11.6mm,wz最大为16.9mm,
环线全长闭合差ws最大为21.2mm，可见：wx、wy、wz、ws均小于34.74mm或60.17mm的限差要求。

相邻点基线分量中误差：水平分量dx最大9.3mm，dy最大11.2mm, 垂直分量dz最大9.6mm。

dx、dy、dz均小于20mm或40mm的限差要求。

平差结果质量评定
平差结果质量评定包括：无约束平差基线向量改正数、约束平差同名基线改正数较差、最弱边相对中误差等。

无约束平差基线向量改正数（绝对值）：v△x= 14.3mm,v△y= 12.4mm,v△z= 7.6mm。

v△x、v△y、v△z均小于17.37mm限差要求。

约束平差同名基线改正数较差（绝对值）:dv△x= 6.6mm,dv△y= 10.5mm,dv△z= 11.1mm。

dv△x、dv△y、dv△z均小于11.58mm的限差要求。

最弱边相对中误差为1：317812，精度高于1：100000的限差要求。

通过以上对外业数据质量检核和平差结果质量评定的分析，可以看出，复测基线较差ds；异步环坐标分量闭合差wx、wy、wz、ws；相邻点基线分量中误差、无约束平差基线向量改正数、约束平差同名基线改正数较差、最弱边相对中误差等，均能很好的满足规范（gb ／t 18314—2009）的要求，虽然，约束平差同名基线改正数较差有少数基线接近限差值，但可以通过增加重复设站数或增加观测时段数等方法，来选取更高质量的基线来进一步提高该项精度，唯独只有同步环坐标分量闭合差dx、dy、dz远远不能满足规范（gb／t 18314—2009）的要求，下面来分析出现这种问题的原因。

二、出现问题的原因
1. 在外业测量中,多台仪器难以保证在时间上严格同步,只有一条基线上的两端测站是同步的，不同基线之间不可能实现时间上的完全同步，也就是说：大多数同步环失去真正意义上的同步，对基线测量结果和精度有着不可忽略的影响,进而影响到同步环闭合差的大小。

2.同步环闭合差，理论上，在有误差甚至有粗差存在的前提下，其环闭合差必为零,但实际上，同步环中各条基线单独解算时，同步图形中各条基线解算时对应的起算点坐标不是从同一起算点导出的，而是各自端点c/a码伪距单点定位值，在基线解算时带入了起算点误差，这种坐标偏差,对基线解算精度,会产生一定影响，会出现较大的同步环闭合差。

3.我们通常使用的基线解算软件是由gps生产厂家提供的商用软件，属单一基线解算模式，也即是说，凡是构成闭合环的所有同步
基线，一条接着一条逐一单个解算，每次解得一条基线三个分量坐标差和其相应的方差协方差矩阵，它们是函数相关的，在基线解算时没有顾及同步观测基线间误差相关性，它不是严密解。

4. 普通商用基线解算软件，其采用的处理多种误差的模型和消除周跳的方法都较为简单，难以完全消除卫星星历误差、接收机钟差以及大气折射误差等系统误差的影响以及多路径效应、接收机的位置误差、天线相位中心位置误差等偶然误差的影响，影响了基线精度的提高。

5. gps相邻点基线测量中误差σ=√（a2+( b×d×10-6)2)中的固定误差a和比例误差b，与gps接收机厂家给出的标称精度的含义相似，所不同的是，厂家给出的标称精度是在某种标准条件下的精度，没有考虑一些实际工作中外界因素的影响。

规范（gb／t 18314—2009）的12.2.5条规定，直接套用gps接收机的标称精度，对σ计算时使用的固定误差a和比例误差b的规定过于严苛，与实际情况不甚符合，是值得讨论的地方，特别是gps接收机的精度越来越高，有的接收机标称精度甚至达到1mm+0.5ppm, 它使得σ的值大大缩小，基线测量中误差σ、同步环坐标分量闭合差dx、dy、dz 的限值，都接近于零，无论如何，同步环坐标分量闭合差dx、dy、dz都满足不了规范（gb／t 18314—2009）的要求。

规范（gb／t 18314—2009）的12.2.5条不甚合理的规定，是同步环闭合差达不到要求的主要原因，直接导致（gb／t 18314—2009）的12.2.6条规定无法满足。

三、建议与结论
要使同步环闭合差满足规范（gb／t 18314—2009）12.2.6条规定，可采取下面措施。

1. 采用卫星精密星历解算基线,提高卫星的定轨精度；每个同步图形应选定一个起算点，起算点是国家a、b级gps点已有的wgs-84坐标，提高基线端点坐标精度。

2. 解算基线时采用多基线解方式，在一个同步观测图形中对所有同步观测的独立基线，一并构成观测方程统一解算，得到这一组独立基线的各自分量坐标差和这组独立极限的整体方差协方差矩阵，多基线解算顾及了同步观测基线间误差相关性，是严密解。

3. 使用专业的功能强大的基线解算软件，采用更精确的电离层、对流层改正模型，尽量减小多路径效应、地球潮汐、卫星姿态等因素对基线精度的影响。

但是，对使用广播星历、功能简单的单一基线解算模式来解算基线及网平差的测绘单位而言。

我个人认为：只要复测基线较差、异步环坐标分量闭合差、无约束平差基线向量改正数、约束平差同名基线改正数较差、最弱边相对中误差、相邻点基线分量中误差满足规范（gb／t 18314—2009）的要求，就可以认为此控制网外业观测数据是可靠的，平差结果是正确的，无须考虑同步环限差值，（gb ／t 18314—2009）的12.2.6条规定，它只是一个参考量，并非须严格执行的强制条件。