贾国宪,唐宇培

(61206部队,天津 300140)

GNSS基线走向对点位精度影响分析

贾国宪,唐宇培

(61206部队,天津 300140)

通过对不同长度GNSS导线实测数据的处理比较,分析了GNSS基线走向变化对点位精度的影响。结果表明，GNSS支导线中各控制点在经度、纬度和高程方向的误差累积与基线走向有关,并随点位经纬度的变化呈现一定的规律。

GNSS;基线走向;精度;误差累积

0 引 言

在采用GNSS技术布设控制点时,一般采用构成网的形式,例如三角形网、多边形网等。即使采用附合导线法布设,也是由若干附合导线形成一个闭合的图形,以便于检核,确保控制点精度[1-2]。但在一些特殊项目中,由于工程需要(如管线测量、靶场测量)不得不布设成支导线或附合导线的形式[3-4]。当用两台或两台以上GNSS接收机布设此类线状控制点时,其点位精度是最为关心的问题。本文着重探讨GNSS基线走向变化对点位精度影响的规律,为GNSS技术布设导线方案的确定提供参考依据。

1 基本误差传播原理

根据误差传播理论,在传统大地测量中,布设支导线时随着导线的延伸,其误差会越来越大,支导线终点即最后一点的误差最大[5]。

(1)

式中:m1为第1点的点位误差;m2为第2点的点位误差;mn为第n点的点位误差。

2 控制点选取

以某实测线状GNSS控制网为例。该网共有B、C级点47个,点间距50～60 km,导线总长度约为2 580 km,如图1所示。B、C级点间又加密3～4个D级点,点间距10～15 km.图2示出了各B、C级点相对于1号点位置的经纬度变化。

图1 GNSS导线点分布图

B、C级点编号依次为1～47,其中1、9、17、25、32、40、47号为B级点,其他为C级点。导线走向:1～14号点为东北走向,14～36号点为西北走向,36～47号点为西南走向。

图2 各导线点相对于1号点的经纬度变化

3 数据处理分析

利用4个国际IGS站的数据和坐标,采用Gamit/Globk、Pinnacle软件进行相应的处理及平差,可以得到所有控制点的精确成果。

支导线的处理分析分为两种情况:1) 利用图1中47个点以长支导线的方式进行处理,并与原有网平差结果比较;2) 从控制网中选取10个相邻点(包含B、C、D级点)组成一条短支导线进行处理,同样与原有的网平差结果进行比较。

3.1长支导线数据处理分析

利用原有观测数据,按以下方式提取部分数据并逐步处理。首先,以1号为起始点,2号为未知点,同步测量3个时段,时段长度6 h,以1号为控制点解算2号点坐标;然后用同样的方法,以2号为控制点解算3号点坐标,后面的点依次进行。支导线的解算采用Pinnacle软件,参数设置如表1所示。

将Pinnacle软件处理的结果投影到平面,与已知坐标相减,计算每个点的平面位移,如图3所示。可以看出随着支导线的延伸,点数的增加,其平面位移(误差)逐步增大。然后将北、东方向及高程方向的处理结果分别与已知成果比较,计算每个点在北、东及高程方向上的误差,如图4、图5所示。

表1 Pinnacle参数设置

从图4中可以看出,从1号点至14号点,误差在逐步增大,从15号点开始误差累积发生变化,东方向(经度)误差与前面点的误差值相反,造成误差向负值方向逐渐增大,北方向(纬度)误差也发生变化;从图5可以看出,高程方向误差累积没有随支导线延长增加,而随导线走向在变化。

对照图2和图4,可以发现北、东方向误差变化与点的经纬度变化有关,当点的经纬度增大时,其误差向正值累计增加,当点的经纬度减小时,其误差向负值累计增加。因此,可以得出这样的结论:利用GNSS做支导线时,其误差累积与支导线走向有关,误差积累随点的经纬度变化而变化。

图3 长支导线平面位置误差累积图

图4 长支导线北、东方向误差累积图

图5 长支导线高程方向误差累积图

3.2短支导线数据处理分析

从控制网中选取10个连续点组成一条较短导线,南北走向,起始点为B级点,其他为C、D级点,总长约100 km,点间距为10～15 km.点号重新编为1～10.支导线的数据处理,同样采用Pinnacle软件,将处理结果投影到平面上,与原有的已知网平差结果进行比较。

首先计算每个点的平面误差,如图6所示。然后分别计算每个点在北、东及高程方向上的误差,结果如图7、图8所示。

图6 短支导线平面位置误差累积图

图7 短支导线北、东方向误差累积图

图8 短支导线高程方向误差累积图

从图6中可以看出,平面位置误差随导线延伸,误差累积增大,与长支导线结论一致。而从图7、图8中可以看出,对于比较短的支导线,平面位置误差变化也与导线走向有关,由于导线是南北走向,点位坐标在东西方向变化不大,所以误差累积在东西方向分量上积累较小,而在南北方向误差累积在增大,与长支导线误差累积规律一致,在高程方向其误差在增大,与图5中前9个点的误差累计一致。可以看出,在高程方向误差累积与导线走向有关,即南北走向的支导线高程分量误差的累积明显,而东西走向支导线则高程分量误差的累积影响不大。

4 结束语

根据以上不同走向、不同长度支导线误差累积实例分析,在采用GNSS技术布设支导线做控制测量时,可以得到如下的认识:

1) 做支导线时,各控制点的误差累积与导线走向有关,当点的经纬度增大时,经纬度方向(东、北方向)误差为正值,随着导线延长,累计误差增大,当点的经纬度减小时,误差为负值积累。

2) 高程方向误差累积与经度变化关系不大,与点的纬度变化有关,当纬度增大时,误差为正值,

当纬度减小时误差为负值。

尽管采用GNSS技术布设支导线时其误差积累的规律与传统大地测量方法的规律有所不同,但上述认识也有助于GNSS技术布设导线方案的确定,依据GNSS基线走向对坐标精度的影响规律,可以预估其精度是否满足工程建设需求。

[1] 田建波,陈刚,陈永祥. 全球导航定位技术及其应用[M]. 武汉:中国地质大学出版社, 2013.

[2] 党亚民,秘金钟,成英燕. 全球导航卫星系统与应用[M]. 北京:测绘出版社, 2007.

[3] 王俊勤,申慧群. 航天靶场大地工程测量[M]. 北京: 解放军出版社, 2007.

[4] 郑广伟,李海,董朝阳,等. 大地测量成果质量评定[M]. 北京:解放军出版社, 2014.

[5] 徐正扬,刘振华,吴国良. 大地控制测量学[M].北京:解放军出版社, 1992.

TheAnalysisonGNSSOpenTraverseDirection’sInfluenceonPointLocationPrecision

JIAGuoxian,TANGYupei

(61206Troops,TianJin300140,China)

By comparing processing results from observing data of GNSS open traverse with different lengths, the analyses are detailed about traverse direction’s influence on point location’s precision. The experiment shows that control points’ error accumulations not only have intrinsic relationships with traverse direction lying in longitude, latitude and altitude, but also satisfy some certain regulation along with variations of longitude and latitude.

GNSS; open traverse direction; accuracy; error accumulative

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.04.008

P228.4

A

1008-9268(2017)04-0043-04

2017-05-27

联系人: 贾国宪E-amil:jiaguoxian@sina.com

贾国宪(1968-),男,硕士,高级工程师,主要从事大地与工程测量工作。

唐宇培(1973-),男,高级工程师,主要从事大地与工程测量工作。