GPS快速静态定位技术在航测外控中的应用
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[摘要] gps定位方法有很多，而GPS快速静态定位技术现已发展成熟，快速静态的精度完全满足一般的工程测量、地形测量、地籍测量、摄影测量等要求，节省了大量的资源。本文对快速静态定位基本原理进行了叙述，从试验中比较了快速静定位的精度，最后介绍了快速静态定位在航测外控中的应用。以期为同类工作提供借鉴。
[关键字]GPS快速静态定位技术 航测外控 应用
[中图分类号] P23 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-111-2
0 前言
随着科学技术的迅猛发展，GPS定位技术为测绘行业带来了革命性的突破。GPS全球定位系统以其高度的自动化、高定位精度、全天候、无需通视、灵活方便布点、劳动强度底等优点得到为广泛推广，如应用于加密大地网、测量地籍、监测变形、全球或区域性高精度三维网。
本文自从采用GPS全球定位系统以静态定位的方法完成了多项工程。在等级控制网的实践表明其精度是相当可靠的。但是对于那些工期紧、面积广及复杂地形的线路航测外控中，在保证精度的前提下，如何顺利完成任务，将作业效率提高是关键。
1 快速静态定位基本原理
一般在进行静态定位要至少观测1小时左右，是为了保证整周模糊度解算的可靠性。E.Fei及G.Beutler在1989年在FARA的基础上提出了快速静态定位方法。与最优探索法不同的是，FARA法既根据浮点双差解法计算各模糊度的中误差又采用模糊解向量的协方差矩阵所提供的信息，对某个模糊度整数解采用统计检验法来检验其是否相容于其实数解，统计检验所有可能组合的整数解向量中任意两个整数之差，也要根据协方差阵所提供的信息来进行。
GPS快速静态定位的基本方法如下：在中部测区选取一个基准站，将一台接收机安装在基准站里，对所有可见的卫星连续跟踪；依次应用各点流动设站的接收机，静止观测几分钟，使之对整周未知数采取快速解算整周未知数的方法进行解算。至少跟踪4颗卫星进行观测，在流动站之间移动的接收机，不需要连续跟踪所测的卫星，所以可以关闭电源。
依靠相应的软件及改进计算方法来完成GPS快速静态。在软件中确定整周模糊度采取快速逼近技术，这样大大缩短了模糊度的观测时间，提高了作业效率。
2 快速静定位的精度
FARA技术的应用，在不大于10公里的静态相位定位中由原来1小时的观测时间缩短至几分钟。需要解决的问题是要求相对定位精度要满足航测外控的要求。
笔者在某地进行过两次GPS快速定位实验。第一个实验是基于常规静态观测值中1—60历元值对基线长度重新计算，这样可以对整周模糊度的时间检验确定，此历元值就是采用10秒历元观测值在GPS快速静态中观测15分钟。第二个试验是采用GPS快速静态定位对常规控制测量中得到的6个点重新进行观测，使其定位精度得到确定，选择DI2002精密测距仪配T2经纬仪进行常规测量。原来测算精度是四等，进行结果比较如下表1。
由表可知，采用GPS快速静态定位技术符合四等控制测量的精度要求。
3 快速静态定位在航测外控中的应用
3.1 工程概况
某工程以l：2000公路带状测量。其不在一条航线上进行像片分布，所以要采用全野外法进行像控点。因为公路沿海边修建，所以像控点在海岛上及高山上都有，测量起来非常困难。所以采用GPS接收机进行平面及高程测量像控点。本工程的像控联测采用了三台GPS接收机。
3.2 观测方案
下面介绍观测方案。首先将四等及I级GPS导线控制网布设在拟建公路中线上。对像控点进行联测时，将其连接原有控制网，为了使整网精度提高和进行GPS高程拟合起算点采用5个以上，少于10条边的闭合环总边数，共12个闭合环，采用的观测技术指标如下表2。
3.3 平差计算
分两部分进行平差计算，一是基线解算，另外是控制网平差计算。
（1）采用GPS快速静态定位软件TJGPS进行基线解算。设有自动处理，批处理和手动处理三种方式的TJGPS软件，其处理数据分五步进行：数据读取，单点定位，基线文件形成，、三差解算和周跳修复、双差解算，流程如图1。
（2）计算控制网平差。采用GPS控制网平差软件TGPPS（V4.0）进行控制网平差计算。
3.4 精度统计
根据《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73—97的要求，平差所形成的同步环和异步环精度是满足要求的，统计平差后形成的点位误差如表3。
分析上表可知根据规范要求，像控点点位误差是符合的。
在进行高程拟合时，一般起算点选取5个，选择1至2个已知高程点进行检查，以5厘米内的较差。为了使高程精度得到保证，我们检查部分像控点高程时采用了三角高程法或图根水准，使之符合航摄图的要求。
测图用解析测图仪在立体测图时以1：10000为摄影比例尺，以305毫米为主距，测图前合理配赋相对定向后各点残差使之小于0.5个测标。绝对定向后各像控点平面对点最大误差是横纵坐标分别为+0.37米及-0.37米，高程定向残差最大为-0.37米。
3.5 作业效率
对快速静态定位技术采用可以在一个工作日内可摆10个点以上，所以，只用5天就完成了41个像控点。如果只是采用常规静态方法，可能要花费10天左右的时间。所以，对像像控点进行测设对GPS快速静态定位的采用，可以使工作效率大大提高，减少人力、物力和财力，具有经济效益。
4 总结语
（1）GPS快速静态定位，越多的有效卫星其解算速度就越快，对星历预报准确掌握，计划好观测时间是特别重要的。
（2）GPS快速静态定位，组网定位能够增加核检，使返工减少，更体现在高程拟合的效果上。
（3）对GPS点位的选择，对周围环境有一定的要求，卫星窗口要良好，将多路径误差带来的影响减到最低。
（4）要充分考虑基准站的电源配置，因为其连续长时间开机，功耗大，防止出现中途断电停工。
（5）应用快速静态定位技术既可以使工作效率大大提高，而控制测量短边工程得到的定位精度可以跟静态定位的相当。
（6）进行航测外控作业中，全野外布点时，采用快速静态定位技术，以信心辅助观测特殊点位，跨越障碍物的测定方法等，不单可以灵活布点，还可以大大减少观测强度，尤其适用于区域网的定位。
（7）应用快速静态定位技术有一定的局限性，观测效果受观测卫星及障碍物的多少影响，所以将观测时间进行适当延长，确定一次接收完成，防止不必要的返工。
（8）在进行GPS高程拟合时，不合理的布网，可能出现计算合理但实际使用偏差很大的问题。