几种形式GPS测量结果比较试验

汪耀武，何礼军，曾学礼

(咸宁职业技术学院土木工程系，咸宁湖北 437100)

几种形式GPS测量结果比较试验

汪耀武，何礼军，曾学礼

(咸宁职业技术学院土木工程系，咸宁湖北 437100)

通过GPS静态测量、VRS测量、CORS测量、RTK测量等几种形式的GPS测量结果比较试验发现，选择恰当的参数是测量正确的前提；在相同HRMS和VRMS限制条件下，VRS测量精度＞RTK测量精度＞CORS测量精度；适当提高HRMS和VRMS限制条件，可以提高GPS动态测量精度．

GPS测量；CORS；VRS；RTK

GPS（Global Positioning System，全球定位系统）定位的方式按参考点位置的不同，可分为绝对定位和相对定位；按接收机运动状态的不同，可分为静态定位和动态定位[1]．从理论上讲，相对定位比绝对定位精度高，静态定位比动态定位精度高．随着GPS测量技术的发展，出现了多种形式的GPS测量，使GPS测量技术越来越成熟，测量精度越来越高，测量速度越来越快捷．在日常的GPS测量中，根据测区条件的差异，常采用GPS静态（相对定位）、GPS-VRS（Virtual Reference Station，虚拟参考站）、GPS-CORS（Continuous Operational Reference System，连续运行参考站系统）或GPS-RTK（Real Time Kinematic，实时动态差分法）等不同测量形式[2]．通过将GPS静态测量、GPS-VRS测量、GPS-CORS测量、GPS-RTK测量的精度进行比较，分析测量结果的精度情况和主要原因，为同行们在测区结合实情经济地选用符合精度要求的GPS测量形式提供参考．

1 试验方法

1.1 试验区控制点布设

试验区设在咸宁职业技术学院内．咸宁职业技术学院在咸宁市咸安区境内，纵长1 500多米，横宽1 000多米．结合校园实形，采用边连式的网形设计，布设首级控制网．分别选远离高压线或电台、避开大水面、视野开阔、平坦安全的点作为首级控制点，钉入钢钉或钢钎，涂上红油漆标记并编号．由此布设5个首级控制点，其图形大致如图1所示．

1.2 GPS接收机技术参数

采用瑞得R90型号GPS接收机．静态平面精度是±3 mm+1 ppm，静态高程精度是±5 mm+1 ppm；RTK平面精度是±10 mm+1 ppm，RTK高程精度是±20 mm+1 ppm．

1.3 坐标系及坐标转换参数

坐标系采用西安80坐标系，WGS84坐标转化为西安80坐标的七参数可采用由湖北VRS提供的湖北七参数或由咸安单基站CORS提供的咸安七参数．

1.4 测量软件及测量命令

GPS接收机采用三角架设安置于待测点进行测量．GPS静态测量解算软件采用GPSADJ基线处理与平差软件．GPS实时动态测量（GPS-VRS测量、GPS-CORS测量、GPS-RTK测量）软件采用工程之星3.0；用控制测量命令，设置平滑20次．

1.5 GPS-VRS测量

采用湖北GPS-VRS，用湖北七参数测出1 – 5号点的坐标．

1.6 GPS-CORS测量

咸安单基站CORS的基站架设于咸宁市人民大道旁的咸宁市国土资源管理局办公楼楼顶，处于咸安区境内，与咸宁职业技术学院位于同一大路的同侧，相距约4 km．采用咸安单基站GPS-CORS，用咸安七参数测出1 – 5号点的坐标．

1.7 GPS-RTK测量

将基站安置于1号点附近，以1号点校正，分别用咸安七参数和湖北七参数测出2 – 5号点的坐标．

1.8 GPS静态测量

分别以VRS测量结果、CORS测量结果和RTK测量结果的1、5号点坐标为已知数据，采用E级GPS静态测量，测出2、3、4号点的坐标．作业调度如表1．

图1 首级控制网图

表1 GPS静态测量作业调度表

2 结果与分析

2.1 不同形式的GPS测量选用参数不同

2.1.1 恰当的七参数是湖北VRS测量与咸安CORS测量结果正确的前提

在限定平面精度HRMS为0.05、高程精度VSMS为0.1的情况下，分别用湖北VRS（采用湖北七参数）和咸安CORS（采用咸安七参数）对1 – 5点进行控制测量，所测结果如表2．横坐标偏差⊿x≦4 cm，纵坐标偏差⊿y≦6 cm，符合导线测量的精度要求，可视为结果正确，说明湖北VRS测量和咸安CORS测量分别应用了恰当的七参数．

表2 湖北VRS测量与咸安CORS测量结果(单位: m)

同样在限定平面精度HRMS为0.05、高程精度VSMS为0.1的情况下，用湖北VRS（采用咸安七参数）对1 – 5点进行控制测量，所测结果如表3．横坐标偏差⊿x＞5 cm，纵坐标偏差⊿y＞33 cm，超出导线测量的精度要求，可视为结果有误，说明咸安七参数对湖北VRS测量来说是不恰当的七参数．虽然咸安七参数具有咸安具体区域性，但在咸安地区用湖北VRS进行测量仍不能使用咸安七参数．

表3 湖北VRS测量和咸安CORS咸安测量 (单位: m)

总之，湖北VRS测量和咸安CORS测量都有自己专用的、具有具体区域性的七参数，恰当的七参数对VRS测量和CORS测量结果至关重要，不能随便换用，否则会带来麻烦，甚至严重的错误．

2.1.2 七参数和校正参数是RTK测量结果正确的前提

在限定平面精度HRMS为0.05、高程精度VSMS为0.1情况下，用RTK进行测量，采用湖北七参数，用1号点作为已知点进行校正，获得校正参数而启用．提高限定精度，在平面精度HRMS为0.015、高程精度VSMS为0.03情况下，用RTK（采用咸安七参数）同法进行测量，所测结果见表4．从表4中可看出，横坐标偏差⊿x＜3 cm，纵坐标偏差⊿y＜3 cm，符合导线测量精度要求，可视为结果正确，说明湖北七参数和咸安七参数都适用于RTK在咸安地区的测量．湖北七参数和咸安七参数存在很大差异，在RTK测量中得到了校正参数修补．正因为如此，由于七参数之间存在内在的相关性[3]，湖北七参数和咸安七参数之间定存在类似校正参数的修补参数．

2.2 不同形式的GPS测量精度不同

分别以湖北VRS、咸安CORS、RTK所测的1、5号点坐标为已知坐标，用GPS静态测量方法测出2、3、4号点坐标，分别与其相对应的GPS测量形式的结果进行校核，求出偏差，见表5．求出各形式的GPS测量结果总偏差∑⊿D，湖北VRS测量结果总偏差为0.053 m，咸安CORS测量结果的总偏差为0.094 m，RTK测量结果的总偏差为0.088 m．可见，VRS测量精度＞RTK测量精度＞CORS测量精度．VRS测量精度是GPS动态测量精度最高的，原因可能是VRS具有多基站网系统，提供了平差的模型数据．RTK测量精度高于单基站CORS测量精度的原因可能是，CORS的基站比RTK的基站远很多倍，精度随移动站离开基站的距离增大而降低[4]．

表4 湖北VRS采用湖北七参数和咸安七参数的测量结果(单位: m)

表5 不同形式的GPS测量精度比较(单位: m)

2.3 不同精度限制的GPS测量精度不同

提高精度限制，将平面精度HRMS限定为0.015、高程精度VRMS限定为0.03，再用RTK进行测量，再用GPS静态测量进行校核，与原精度（HRMS为0.05、VRMS为0.1）限定的VRS测量结果进行比较，如表6．HRMS为0.015、VRMS为0.03的RTK测量结果的总偏差∑⊿D为0.037 m，而HRMS为0.05、VRMS为0.1的VRS测量结果的总偏差∑⊿D为0.053 m，说明提高GPS动态测量的精度限制，可以提高GPS动态测量结果的精度[5]．

表6 不同HRMS和VSMS限定下的GPS动态测量精度比较(单位: m)

3 结论与讨论

选择咸宁职业技术学院为测量实验区，分别用PGS静态测量、VRS、CORS、RTK等方法对该区进行测量，研究发现：不同形式的GPS测量结果所用参数不同，湖北VRS测量参数和咸安CORS测量参数不能随便换用；相同的HRMS和VRMS限制条件下，VRS测量精度＞RTK测量精度＞CORS测量精度；提高GPS动态测量的精度限制，可以提高测量结果的精度．

但是，不同形式的GPS测量精度和效率受诸多因素影响，在实际测量过程中应全面分析．

（1）GPS测量的垂直精度远小于水平精度．由于GPS接收机的性能和GPS测量原理的局限，从GPS接收机的技术参数可以看出，GPS测量的垂直精度远小于水平精度．一般的工程测量中，对垂直精度的要求远高于水平精度，所以本试验没有讨论GPS测量结果中的高程．

（2）数据链的质量影响RTK测量的精度和效率．本试验中的RTK测量发现，除了阴天云层的不均匀性会导致GPS测量误差增大以外，即使在晴好的天气和视野开阔的地带，在遇到高大建筑物阻碍接收电台情况下，该测量往往发生较慢或较难出现固定解的现象，原因是数据链质量影响测量精度[3]，也影响测量效率．电台数据链是RTK测量中应认真考虑和认真对待的．

（3）RTK测量的校正精度至关重要．本试验讨论的RTK测量精度只是相对校正点的精度，其中的误差并不包含校正误差，故非绝对精度．RTK测量的绝对误差大小主要由校正误差决定，所以在RTK测量的校正时，每一环节都要做到细致认真，力求校正误差最小．

[1] 王解先. 七参数转换中参数之间的相关性[J]. 大地测量与地球动力学, 2007, 27(2): 43-46.

[2] 贺英魁, 罗强. GPS测量技术[M]. 重庆: 重庆大学出版社, 2010: 58-59.

[3] 左美蓉, 魏玉业, 杨百灵, 等. GPS测量技术[M]. 武汉: 武汉理工大学出版社, 2012: 102-105.

[4] 刘经南, 刘晖. 连续运行卫星定位服务系统: 城市空间数据的基础设施[J]. 武汉大学学报: 信息科学版, 2003, 28(3): 259-264.

[5] 刘晖. 深圳市连续运行卫星定位服务系统的建立与试验[J]. 测绘通报, 2003(9): 33-36.

Comparison Test on Several Forms of GPS Measurement Results

WANG Yaowu, HE Lijun, ZENG Xueli
(Department of Civil Engineering, Xianning Vocational Technical College, Xianning, China 437100)

It was discovered through comparison test of the measurement results towards static measurement of GPS as well as the measurements of VRS, CORS and RTK that the correct premise lies in the choice of proper parameters. Under the same restricted condition, VRS measurement accurancy is superior to RTK and RTK is superior to CORS. The GPS dynam ic measurement precision w ill be renhanced, if the restricted conditions of HRMS and VRMS are properly raised.

GPS Measurement; CORS; VRS; RTK

TU 198

：A

：1674-3563(2014)03-0050-05

10.3875/j.issn.1674-3563.2014.03.008 本文的PDF文件可以从xuebao.wzu.edu.cn获得

(编辑：封毅)

2014-02-08

咸宁职业技术学院2013年度院级科研课题(2013yjb001)

汪耀武(1982- )，男，湖北咸宁人，硕士，讲师，研究方向：建筑工程测量