提高GPS手持机观测数据精度的方法探讨

2017-11-03冯国海王有福

四川水泥 2017年9期

关键词：手持机时段修正

冯国海王有福

（1商丘工学院土木工程学院，河南商丘 476000；2河南五建建设集团有限公司，河南郑州 450000）

提高GPS手持机观测数据精度的方法探讨

冯国海1王有福2

（1商丘工学院土木工程学院，河南商丘 476000；2河南五建建设集团有限公司，河南郑州 450000）

GPS手持机具有携带方便、操作简单、价格低廉等优点，在野外测量中应用广泛，但也存在测量精度不高、易受外界条件干扰等缺点。本文提出了一种提高测量精度的数据处理方法，并作了实验验证。

1 前言

GPS手持机携带方便、价格低廉，在野外测量中应用广泛，但也存在测量精度不高等缺点。GPS手持机获取的是WGS-84坐标，如需转换到当地坐标，则还需要经过坐标系统的转换。如何解决GPS手持机观测精度不高的问题一直是研究的重点。针对GPS手持机观测精度不高的问题，本文提出了一种提高测量精度的数据处理方法：已知点坐标校正法。并作了实验验证。

2 已知点坐标校正法

在一个较小范围内，为了更便捷的获得GPS手持机的校正参数，可以忽略不同坐标系间的长半轴差与扁率差，并用二维高斯平面直角坐标间的转换替代三维空间直角坐标间的转换，这时只需计算两个校正参数(dx、dy)即可。先将GPS手持机的屏幕显示坐标设置为WGS-84下的高斯平面坐标形式，然后在工作测区中找到一个已知点，用GPS手持机测定已知点的坐标，计算出已知值与观测值的差值dx、dy，作为测区测量坐标的内业改正值。当然如果测区内有若干个已知点，可以取改正值的平均值作为改正参数。这种方法简捷方便，也能满足一定精度要求。

3 不同时段对观测数据的影响

我们在使用手持机的过程中，发现不同时段对同一点的观测数据变动较大，用某一时段的观测值计算出来的改正参数对其他时段的观测值的修正效果不太好。下表 1为同一点位在不同时段的观测数据对比，为了更简明的说明问题，仅取y坐标观测数据作对比。

表1 同一点位不同时段的观测数据

从表中可以看出，时段一的y坐标改正值的均值为84.11m，时段内改正值间的最大差值为0.99m，时段二的y坐标改正值的均值为86.18m，时段内改正值间的最大差值为0.99m。两时段间的各点改正值的均值之差达到了2.07m。时段内的各点改正值之差则在1m之内。

之所以出现这种情况，与GPS手持机的伪距测量原理有关。GPS伪距测量采用码相关技术，GPS卫星依据自己的时钟发出某一结构的测距码，接收机产生一组结构相同的复制码，并通过时延器对这两组码进行相关处理，当这两组码结构上完全对齐时为码完全相关，这时自相关系数为1。但是，由于测距码存在随机误差和传播变形误差，自相关系数为 1的情况很难达到，只能在自相关系数最大的时候确定伪距。GPS手持机每次开机求得的最大自相关系数常会有一定差别，这影响到定位精度，导致同一点在不同时段的观测值差别较大。

4 实验验证

为了验证本文提出的基于同一观测时段内已知点二维高斯平面直角坐标改正值进行观测数据修正的方法，用 Geo XT GPS手持机使用这种方法，在测区已知点上进行了验证测量与数据分析。实验数据见表2和表3。

表2 x坐标观测数据

从表2可以看出，改正值Δx的均值为130.61m，最大较差为1.42m，也就是用其中的任何一点的 x坐标改正值来修正其他点，修正结果与真实值的误差都在1.42m以内。并且各点的改正值Δx大体上呈现递减的趋势，也就是说与已知点间隔时间越短，修正效果会越好；用一个已知点修正的话，将其放在中间时刻对整体的修正效果较好。用中间时刻点0612的x坐标改正值来修正其他点，修正结果与真实值的最大误差为0.92m，最小误差为0.1m，平均误差仅为为0.45m，可以说修正效果是很好的。