GPS控制测量数据处理方法研究
公路交通科技应用技术版
GPS控制测量数据处理方法研究
许娅娅,彭余华
(长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西
西安
)710064
摘要:文章针对高等级公路GPS控制测量,提出了对不同载波的GPS相位观测量进行线性组合,利用IGS认可
并采用相位双差数据作为基本解算数据,可以有效地消除或减弱卫
的GPS数据处理软件GAMIT进行数据处理,
星星历误差、信号传播误差以及接收机不同步误差对定位精度的影响。研究结果表明,本方法能在公路控制测量中获得较高的GPS定位精度,在几公里的距离范围内基线精度可达到2cm,完全满足《公路勘测规范》中平面控制测量的精度要求。
关键词:道路工程;GPS测量;线性组合;GAMIT软件中图分类号:U491
文献标识码:B
公路控制测量是路线勘测设计的基础,随着高等级公路的兴建,新《公路勘测规范》对路线勘测提出了更高的要求,GPS高精度的特点可以满足这一要求。
在GPS定位中,影响观测量精度的主要误差有GPS卫星误差、信号传播误差和接收设备误差等,由于上述
式中,间钟差;
为卫星站间相位差;δt12为站为站间整周模糊度差
GPS观测误差对两个观测站或多个观测站同步观测相同卫星具有较强的相关性,因此,为了有效消除或减弱这些误差影响,可将观测量进行不同的线性组合。
式中
(2)
1数据处理原理及精度评定
1.1数据处理原理
载波相位测量的基本方程中包含了两种不同类型的参数,即必要参数(如测站坐标等)和多余参数(如观测瞬间接收机的钟差、观测瞬间信号的电离层延迟等)。在GPS相对定位中,通常采用的组合方式有三种,即单差、双差和三差。本文数据处理采用双差模型。
所谓双差(doubledifferent,DD)即不同观测站,同步观测同一组卫星,所得单差观测之差。
设在1、2测站t1时刻同时观测了p、q两颗卫星,那么对p、q两颗卫星分别有单差模型,如果忽略大气折射残差,可得卫星求双差的虚拟观测方程
法方程为式中
(np-1)个历元,若在两个观测站同步观测了np组卫星、那么相应的误差方程为
如果当两个观测站同步观测了np个卫星,可得(np-1)个误差方程组
1.2精度评估评定
GPS常用评价站坐标精度的指标是多时段基线重复性和多时段坐标重复性。基线重复性计算模型
(3)
(1)
式中,i为观测时段,σs为基线s的重复性统计值,σi
作者简介:许娅娅(1962-),女,陕西咸阳人,副教授,主要从事测量学的教学与研究的工作。
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为第i时段基线s的中误差,Ri为第i时段基线解算结果,N为总的时段数,R为基线结果的加权平均值。有
主要有3个,分别是美国麻省理工学院(MIT)和海洋研究所(SI0)联合研制的GAMIT/GLOBK软件、瑞士伯尔尼大学研制的BERNESE软件、美国喷气推进实验室
(JPL)研制的GIPSY软件,均是IGS(国际GPS服务)认可的GPS数据处理软件。GAMIT/GLOBK软件采用相位双差数据作为基本解算数据,可得到厘米级的点位坐标
基线结果的评价还以基线长度与误差的关系来衡量,有两种形式
精度。GAMIT软件的运行平台是UNIX操作系统,目前,它可在Sun、HP、IBM/RISC、DEC、LINUX等基于
intel处理器的工作站上运行。软件可处理的最大测站和卫星数目可在编译时设定。它的基本输出文件是H—文
这里的a、b、c、d等4个参数可以根据基线长度和它的重复性统计值σs拟合出来。也有以基线的3个分量分别检验它的重复性的,这3个分量是南北分量σsn、东西分量σse和高程分量σsn。计算公式与基线重复性的公式(3)相同,只是用基线分量代替基线长度而已。坐标分量重复性计算模型也与(3)相同,只是用坐标用量和坐标分量中误差代替基线长度和基线长度中误差计算而已。
件,可作为GLOBK软件的输入文件,进而估计测站坐标与速度、卫星轨道参数和地球定向参数。数据处理前,用户需准备所需要的文件,如测站先验坐标文件
(L-文件和vg-in文件)、广播星历文件、观测数据文件以及其他辅助文件等。GAMIT每个时段观测数据要求的周期最长为1个UTC天,即从UTC的0点到24点(北京时间8:00 ̄24:00),原则上不要跨天作业。
3数据处理实例及精度分析
3.1某大地控制网联测结果
表1和表2给出了两个大地控制点的计算结果。一个未知点是F007,位于东南地区,观测仪器是捷创力
2数据处理流程及GAHIT软件简介
GPS数据处理通常包括为3个步骤:数据准备;基线处理;网平差。
数据准备根据实际工作的不同有所变化,一般包括数据下载、格式转换、数据质量检查及观测文件合并等工作。GPS观测数据可通过随机携带的数据下载软件把数据下载到计算机中。如果采用了不同类型的接收机则需要把所有观测数据转换为与接收机无关的数据格式,转换软件由接收机制造商提供。目前各接收机均支持将观测数据转换为RINEX(ReceiverIndependentExchange)格式。如果要采用精密星历,还需要准备精密星历。
Geo2202。观测日期是2004年4月19日(UTC),年积日为110。
另一未知点是JB32,位于西北地区,观测仪器是
AshtechZ12。观测日期是2004年5月23日(UTC),年积日为144。
以2h为观测时段长度,一天数据按12个测段分别进行计算。表中列出了12个测段3个坐标分量N、E、
U的计算值与已知值(多天观测平差结果)之差(表中第2,4,6列),和对应的计算精度(表中第3,5,7列)的平均值、最大值、最小值以及12个测段的重复性
GPS数据处理的第二步是进行基线处理。基线处理通常单天进行,即按每天一个时段进行基线的处理。基线处理可采用随机的处理软件,如GPPS、GGNIUS、
(重复性)。单位均为m。
表1F007点计算结果
WINRPISM等,也可以采用高精度的GPS分析软件,如GAMIT、BERNESE等。
通常基线处理软件一次只能解算一个时段同步观测站的数据(目前最长的一个时段的长度为一天),而且解的形式是基线解,我们将它称为基线单天解。网平差是把不同时段的基线单天解进行统一处理。合并多时段解的常用方法是最小二乘平差法,这通常是法方程迭加过程。除用最小二乘平差法外,还可以用卡尔曼滤波法,卡尔曼滤波法的好处在于它计算速度较快,节约内存等。
目前在国际上用于大型高精度GPS数据处理的软件
从以上结果可以看出:不同型号的仪器获得的定位精度不同,对Ashtech仪器,水平方向的重复性在1cm左右,东西分量比南北分量差,高程方向分量的重复性大于2cm。对捷创力Geo2200仪器,南北分量的重复性
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在2cm左右,东西分量和高程分量方向的重复性大于
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4cm。
表2JB32点计算结果
图1某公路控制网点位分布
3.2某公路控制网测量结果分析
图1给出了陕西公路勘测设计院在桂林某公路建立
该控制网沿公路两侧布置控制点,以方便放样。测量采用Ashtch单频接收机进行,采样间隔10s。测量日期为2003年236~242天。测量的部分同步区及精度见表3。
对应的坐标三角形、四边形闭合差见表4。
表4
对应点坐标及三角形、四边形闭合差
的控制网的点位分布图。其中有3个点为已知点,图中以三角符号表示,其余点为待定点。
表3部分同步区基线精度
(下转第182页)
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道路交通事故,减少道路交通违法工作中起到了明显的作用。一些地方性法规也采取了“已达强制报废的车辆不报废,其所有人不能办理新车注册登记”的做法,实际上也是个人信用制度的一种体现。
车辆管理部门可以与公安机关的交通秩序管理、事故处理、治安管理等部门及金融、交通运管、保险机构、税务等其他部门实现信息交换与共享,共同建立一个多方位的个人信用体系,分别对本部门法定职责范围内的业务进行管理,将所发现的违规行为进行通报,使违规人在其他领域的利益也受到相应的限制,扩大其违规成本,并在一定期限内对无违规者进行一定程度的奖,使参与联励或者提供一定的便利,实行“利益联动”
动的部门管理水平共同提高,实现共赢。例如,对于一个交通违法记分周期内记分为零的驾驶人,可以在其机动车缴纳养路费、贷款、纳税、购买保险等环节获得一定的优惠和便利;相反,对于有重大交通违法、肇事行为或频繁违法、肇事的“危险人物”,在办理上述业务
时则将被承担超过正常数额的费用。同样,在上述领域有信用危机的人,在办理机动车登记和驾驶证业务时,也将会比正常情况下多出一定的限制。
综上所述,结合“三基”工程,进一步加强车辆管理规范化建设,加强车辆管理工作基础,是车辆管理工作发展的立足点;改善车辆管理部门的形象,是车辆管理工作发展的突破点;协调好与其他相关部门的工作联动关系,明确工作职责范围,获得更多的理解和支持,是车辆管理工作发展的支撑点;尝试建立个人信用体系,提高公民的道德素质和守法意识,是车辆管理工作的创新点。充分重视和努力提高警察类院校相关专业教师队伍的业务培训和深造,将之纳入公安系统的年度预算和业绩考核,是进一步提升车辆管理工作水平的根本。抓好这5方面的重点工作,必然能够促进车辆管理工作水平大幅度提高,为共同构建和谐社会发挥更大作用。
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(上接第171页)
4结语
(1)
对不同载波的GPS相位观测量进行线性组合
后,可以在公路控制测量中获得较高GPS定位精度。
(2)不同的基线边长定位精度不同,边长越短,定位精度越高,边长越长,定位精度越低,即定位精度随着边长的增长而降低。
(3)当边长为15km时,基线的精度为2.17cm,边长为11km时,基线的精度为1.4cm。即在几公里的距离范围内,基线精度可满足公路工程控制测量的精度要求。
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