文档介绍：浅析伊朗Parsian地区GPS控制网精度估算
国际事业部程登峰崔琦胡志红
摘要:GPS卫星定位技术的广泛应用,给传统控制测量带来重大的技术变革。应用GPS卫星定位技术建立GPS网展示了诸多优越性,目前已经很大程度上取代了常规测量。对于测绘人员来说在GPS网的设计过程中,结合工程施工的实地情况,事先在GoogleEarth地图上设计好GPS点位及多种GPS网观测方案,但经常会遇到按照事先设计方案观测后是否能达到预期的施工效率和物探测量施工要求的精度问题。为了达到预期的施工效率和GPS网观测精度,对GPS网设计方案进行检验及精度估算是非常有必要的。本文通过一系列定量指标及GPS网整体平差理论来指导测量人员设计GPS网及估算设计的GPS网的点位精度,提高GPS网外业观测效率。
关键词:测量控制网;约束平差;中误差;精度估算
引言
随着GPS技术的飞速发展,已经使测绘行业发生了巨大的变革。目前,GPS静态定位主要应用于建立各种级别、不同用途的GPS控制网。Parsian二维山地石油勘探项目位于伊朗南部,横跨霍尔木兹甘、帕斯和布什尔三省。工区跨度非常大,南北跨度约380公里,东西跨度约198公里,且基本所有测线横穿或垂于陡峭的山脉,工区内地质条件差,工区内山地占93%左右,地形起伏较大,悬崖峭壁、深沟及断崖居多,很多设计点位需要步行好四五个小时才能到达,而且地表落差从几十米到上千米,测量数据采集难度大,这给物探测量施工带来很大的难度。且测量施工的第一道工序-GPS网设计及观测面临着重大的挑战,如何提高GPS网设计及观测的施工效率是我们第一步需要解决的课题。
1本文研究的主要内容
GPS网的精度估算难点在于:GPS基线向量观测值的模拟、观测值协方差的模拟及精度估算的数学模型。本文以伊朗Parsian地区GPS网的实际模拟算例,在电子地图GoogleEarth上模拟GPS网的二维观测向量,采用等精度方差分量估算方法模拟基线向量的协方差,顾及地面高精度观测基线,以仪器的标称精度来确定GPS控制网基线向量权,应用GPS网整体平差理论,来估算GPS网的点位精度。结合以往GPS网算例来估算控制网的点位精度,并通过生产实际的控制网进行对比检校。
2 模拟GPS基线向量及协方差
GPS网的基础观测方式
根据我国1992年颁布的全球定位系统测量规范,GPS网可分成A、B、C、D和E五个等级。A级网一般为区域或国家框架网、区域动力学网;B级网为国家大地控制网或地方框架网;C级网为地方控制网和工程控制网; D级网为工程控制网; E级网为测图网。 GPS网常用的布网形式为:跟踪站式、会战式、多基准站式(枢纽式)、同步图形扩展式和单基准站式。
GPS测量采用相对定位方法,即多台接收机进行同步观测,确定各点间的相对位置。同步图形的基本形式GPS接收机观测台套数为二台、三台和四台。
GPS基本观测方式有如下三种:
1、同步图形连接扩展方式
GPS网点选定以后,其观测是通过同步图形连接扩展。不同的连接扩展方法,产生不同的网型及图形结构,连接扩展方式分为点连接,边连接和网连接三种基本方式。用点连接观测方式,图形结构强度比较薄弱,但在同样网点数下,同步观测期数最少;网连接式图形强度最强,但观测期数也最多、观测效率最低,边边接居中。一般精度要求较高的采用边连接,要求精度不变的采用点连接,更多的是采用边、点连接混合观测法。只有在特别高精度要求下才采用边、网混合连接观测方式。
2、基准站同步观测方式:
选择网中两点或多点(长边)为基准站,进行GPS和期或多时段固定观测,其余接收机用同出流动观测,这样网中每一个同步图形均包括两个基准站,此观测方式因为在基准站上作长时间GPS测量,从而提高了角基线向量起始坐标精度,也就提高了基线向量的精度,通常在地壳形变监测等高精度GPS测量中采用此法。
3、GPS会战图形连接扩展方式:
对于一些大范围、高精度要求的GPS控制网,如国家A级风、某些B级网或地壳运动监测网,采用多台接收机(一般在6台至8台以上),设置在控制点上,进行多天昼夜的连续观测,形成一种多站多天的同步观测网,这种网一般称为会战图形。
模拟GPS基线向量观测值
根据传统方法估算数学模型进行精度估算时,认为任意两测站间的基线向量为相关观测量进行间接平差,任一基线向量的三个分量间是相关的,其相关大小由基线向量各平差结果确定。
实际操作可在GoogleEarth地图上直接获取待定点的大地坐标,由于地方大地坐标系与WGS84坐标系的转换参数较微小,可将待定点的地方大地坐标近似当作WGS84坐标系的大地坐标。则待定点的WGS84的空间坐标可通过下式来求得:
(3-1)
公式中,N为椭球卯酉圈的曲率半径,e为椭球的第一偏心