GPS网中基准点的数量及位置分布对精度的影响分析*

李金生,杨学锋,马 驰

(1.沈阳农业大学高等职业技术学院,辽宁沈阳110122;2.辽宁省交通高等专科学校,辽宁 沈阳 110122)

0 引 言

GPS技术以其高精度、高效率、全天候观测等优点被广泛地应用在测绘工作中,特别是高等级平面控制网的布设过程中。GPS的测量成果属于WGS-84坐标系,而实际工程中需要的是转换到国家或地方坐标系中的坐标。转换过程中,GPS网的绝对基准需借助于地面高等级已知点,因此,所借助的基准点的位置、数量及其稳定性直接决定了GPS网最后平差结果的精度[1]。在实际应用过程中,由于所选的基准点的位置和数量不适当以及所选基准点由于一些人为因素而产生显著位移,从而导致GPS网在转换到地面坐标系的过程中产生变形,这将严重影响到GPS网最后平差结果的精度[2]。就GPS网中基准点的数量及分布对网的精度的影响做了一些讨论分析。

1 基准点的组合方式

在GPS网中,基准点可能有若干个,如何确定基准点的数量,以及如何分配基准点的位置,会直接影响到GPS网的精度[3]。下面就对沈阳市某控制网中五个基准点进行不同数量及不同位置的组合,并将其作为约束条件,利用Gpsndps软件进行平差,分析比较平差结果,得出相关结论。

1.1 沈阳某控制网网形

本GPS控制网中五个基准点分别为001、008 、010、015 、019,相互之间的位置关系如图 1 所示。

图1 沈阳某控制网示意图

1.2 基准点的配置方案

在已知基准点数量较多的情况下,选择基准点的个数,从多个基准点中选择若干个点进行组合,当基准点个数确定后选择基准点的分布位置。

1)以基准点的个数情况进行配置,配置情况如表1所示。

表1 以基准点的个数情况进行配置

2)以基准点的位置情况进行配置,配置情况如表2所示。

表2 以基准点的位置情况进行配置

2 基准点的数量对GPS网精度的影响

为了比较地面基准点的个数不同时GPS定位成果的变化,可以将各种配置情况下纯GPS点(未参与约束平差的基准点)的坐标和联测边的方位与所有基准点都参与约束平差计算的结果进行比较,对比分析两种计算结果,可得到各种配置方案中方位角和坐标的最大较差,误差结果见表3。

表3 基准点个数不同时GPS网精度分析表

由表3可以看出:

1)利用不同组合的约束平差基准,将得到不同的GPS坐标,说明GPS网不可能完全附和在地面网中,其点位误差Fs与该点到约束基准点之间的距离有关,如方案2中010、015、019三个纯GPS点(未参与约束平差的基准点)中019的点位偏差最大,而019点与约束基准点(001、008)的距离也最远。

2)方案7和方案8的方位较差较小,而其它方案的方位较差都在2.5 s左右。同时,方案7和方案8中点位偏差也较小。则可以说明,在选择约束点时,应该尽量少用两点或三点和点位分布不当(方案4和方案6)的情况。

3)基准点数量的选择应考虑到控制网的用途、等级、精度要求、网形及规模等多种因素,客观地讲,约束点越多,可使GPS网与地面网附和得越好,而使GPS网本身的观测精度受到损害,反之,则可保持GPS定位固有的高精度,但无法提供准确的地面坐标系坐标。

所以,应尽可能联测较多的基准点,可以有效的检验其精度是否可靠一致,并且有选择地剔除[4]。

3 基准点的位置对GPS网精度的影响

GPS网中基准点的误差和点位分布都会最终影响到GPS网约束平差的精度[5]。为了检查GPS网中基准点的位置对GPS定位精度的影响,把不作约束条件的基准点当作是纯GPS控制点,计算它们之间的方位﹑距离,并与其在地面坐标系中的坐标值进行比较,各种方案最大较差见表4。

表4 基准点位置不同时GPS网精度分析表

首先对以上八种方案中各点的位置特点进行分析,分析结果如表5所示。

表5 GPS网中基准点分布情况

由表4～5可以看出:

1)方案1和方案5精度较差,说明基准点不能位于网的一侧或某一个角落。

2)对于只含有两个约束点的方案,由方案2、3、4可以看出,两约束点间距离增大时,精度有所提高(表现在方位角较差减小,相对较差增大),而当距离继续增大使两点均位于控制网边界附近时(方案4),相对较差又突然降低。

3)对于含有三个约束点的方案,由方案5、6、7可以看出,点间距离较近且位于控制网一个角落的方案5精度较差,而点间距离较大且三点同时位于网内部的方案6精度较好,而当点间距离继续增大而使三点均位于边界处的方案7,其方位角较差又有所降低。

4)由上面的结果可知,在选择约束点时,应使其位于网形的中央位置,而不能使其位于某一角落(如方案1和方案5),如果是带状网形,不应使基准点位于网的一端。

5)一般来说,点间距离越大,则起始点的坐标误差对基线方位及边长的影响越小,但从方案4和方案7可知,在GPS网中,约束基准点太靠近网边界处反而会使精度降低。

6)本检查方法用纯GPS点(未参与约束的基准点)间的方位﹑距离和其在地面网中的值进行比较,方案8只有1个纯GPS点,所以无法检查。

4 结 论

1)若要求所布设的GPS网的成果与旧成果吻合最好,则基准点数量越多越好,若不要求所布设的GPS网的成果完全与旧成果吻合,一般可选3～5个基准点(至少2个),这样既可以保证新老坐标成果的一致性也可以保持GPS网的原有精度。

2)为保证整网的点位精度均匀,基准点一般应均匀地分布在GPS网的周围。为了提高精度,尽量在离开控制网中央但未到达边界的地方布设几个基准点,同时要避免所有的基准点分布在网中一侧的情况。

总之,选择GPS网约束基准点,要同时兼顾基准点的数量及位置分布。

[1]邵永强,李淑慧,祁芳.GPS控制网公共点兼容性问题研究[J].黑龙江工程学院学报,2003,17(3):36.

[2]宁战国,邢慧敏.关于矿区GPS网基准点选取的试验研究[J].能源技术与管理,2006,(5):382.

[3]刘大杰,施一民,过静珺.全球定位系统的原理与数据处理[M].同济大学出版社,1996.

[4]张予杰,杨红艳.GPS控制网与地面网联合平差的兼容性分析[J].全球定位系统,2002,27(3):35-36.

[5]刑继红.GPS网起始数据的误差分析[J].地理空间信息.2006,4(4):13-15.