基于全球定位系统的测绘数据处理及精度控制研究

引言：伴随着科技进步的加速，全球定位系统（GPS）在测绘行业的使用范围逐渐扩大。GPS 测绘数据处理精度的高低直接关系着测绘结果是否可靠，所以如何对数据进行有效处理与精度控制就成了测绘领域关注的焦点问题。文章旨在对基于 GPS 测绘数据处理与精度控制策略进行探究，从而为测绘数据处理精度与可靠性的提升提供理论支持与技术指导。

1.GPS 测绘数据处理的基本流程与技术特征

在当代测绘技术系统中,GPS这一高精度定位工具肩负着基础数据采集的重任，数据处理流程有着明显的层次性和专业性。在数据采集方面,GPS接收机需要同时接收多颗导航卫星发射的信号，并通过对伪距和载波相位等原始观测量的记录来构建观测方程为后续解算打下基础。收集到的数据将转存到数据终端中，数据处理部分经过坐标还原，误差建模和基准统一技术步骤实现原始观测值的修正和精化。处理时需要将观测数据与星历信息相匹配，同时考虑气象参数建模的误差源来综合补偿轨道偏差，时钟漂移和大气延迟。另外，对于不同的应用精度要求，将选择静态相对定位，动态 RTK 定位或者 PPP 精密单点定位的差异化解算方式[1]。从技术特征来看,GPS 测绘突出了高时间同步，实时数据传输及后期可追溯性等特点，特别是 RTK 操作时，数据链的稳定性及参考站的建立成为了关键的技术因素。

2.基于全球定位系统的测绘数据处理及精度控制策略

2.1 采用差分 GPS、RTK 技术减少信号遮挡与多路径误差

差分 GPS（DGPS）和实时动态定位（RTK）是目前测绘工程中常用的误差抑制技术，特别是在城市密集区、山区或植被复杂的环境中，它们具有显著的优势。该方法通过建立一套已知坐标参考站，利用 DGPS 对卫星信号进行伪距误差实时订正，然后发送给移动测站，使得移动站可以接收到订正后的信号资料，提高了位置解算精度。RTK 技术基于此引入载波相位观测值并利用短基线差分法实时解算，可以使平面定位精度提高到厘米级。信号遮挡通常会导致解算中断,RTK 多星座接收能力可以在一定程度上促进可用卫星的增加和数据连续性的提高。实际应用中，采用双频接收设备能够有效地减缓电离层延迟给测量结果带来的影响，而在多路径效应比较严重的地区，结合地形遮挡模型能够去除不良卫星信号，进一步提高了数据纯净度。经过实地测试，当遮挡率超出 40% 时,RTK 与多基准站网络的结合仍能维持大约 2.5cm 的平面定位准确性，这证明了其在复杂场景中的稳健性。

2.2 应用滤波算法与异常数据识别模型优化原始数据质量

GPS 原始数据经常会受到外部扰动的影响发生突变或者异常漂移等现象，为了确保后期解算稳定和准确，需要在数据预处理阶段引入滤波和质量控制技术。卡尔曼滤波器在动态测量领域的使用尤为普遍，它通过动态地更新观测值和预测状态的权重，有效地消除了数据中的随机噪声，并增强了目标参数的稳定性。与之相辅的还有 RANSAC（随机采样的一致性算法），该算法通过迭代式拟合排除偏离趋势的数据点，对于短时的跳变或异常点具有较高识别率。在最近的几年中，基于机器学习的异常检测模型逐渐被融入到 GPS 测绘数据的处理环境中，比如采用孤立森林（IsolationForest）来对大数据集进行培训，能够有效地确定测量异常值，而无需设置特定规则。测绘系统集成时，滤波算法一般内嵌于接收端或者数据处理软件模块作为预处理或者实时判断机制，算法的运算效率和算法精度对最终结果的可用性有着直接的影响。在实践中，利用滤波和识别模型的联动操作，可以平均去除高—高异常数据，使误差积累风险显着减小。

2.3 提升基站稳定性与数据链路冗余设计保障实时性

稳定的参考基站系统对于 RTK,网络 RTK 和其他高精度定位方式能否顺利工作具有核心意义。一方面基站坐标是否稳定直接决定着整个差分系统是否绝对准确，如果基准点有地壳形变或者建筑物沉降，则解算时易引入系统性偏差。所以，基站布设时，应避开可能发生地质活动的区域，通过周期性坐标复测来维持基站参考值更新和精度。另一方面数据链路连续传输能力对实时解算又特别重要。当前常用的传输方式包括电台、蜂窝网络、VRS 虚拟参考站等，为提升系统可靠性，可通过配置冗余通信链路（例如，主通信链是蜂窝 4G,辅链是 UHF 电台）实现自动切换，以应对突发信号中断问题。对于多基站网络，使用冗余服务器和并行数据处理架构可以有效地减少单点故障造成的精度损失。研究发现，在拥有双重数据链路冗余系统的 RTK 测量中，城市建筑密集区的信号中断率能够降低超过 60% ，从而显著提升了系统的连续操作能力[2]。为了进一步保证实时性，还要引入网络延迟监测机制对链路的稳定性进行动态调度控制以保持差分数据的实时更新。

2.4 采用高精度时钟同步技术和多通道接收机协同控制

目前普遍使用的 GPS 授时模块具有纳秒级的同步性能，结合高稳定性的温补晶振（TCXO）或原子钟模块，可以显著提高系统的时序一致性。另外多通道接收机技术也成为精度控制中的一种重要方法，它通过对多组频率信号进行平行接收和对多颗卫星进行自主跟踪来有效地增强观测值冗余度和抗干扰能力。在协同控制方面，可采用主从接收体系结构，在主接收机上设定统一时间基准，并通过同步脉冲或网络协议（如 NTP、PTP）将时间信号分发至从接收机，保障多个观测点的时序一致。某城市测绘实验引入了GNSS 高稳定时钟同步装置，系统时间漂移由原来的 30μs 减小到 2μs 内，对于相位差分计算产生的影响基本可以忽略不计。协同多通道接收架构成功地从单一频段的观测模式转变为多频多星座的接收模式，这极大地提升了其在复杂环境下的适应能力。

2.5 运用大气延迟模型与地形修正算法提高高程测量精度

高程测量是 GPS 进行测绘时的一个难题，长期以来一直受大气延迟不确定性和地表复杂起伏所引起几何误差的限制。特别对于长距离基线或者山区测区工作，常规几何高度解算容易产生几十厘米偏差。为有效地克服这一难题，在测绘系统中一般都引入对流层和电离层延迟模型。对流层延迟的一部分主要受到气压，温度，湿度等因素的影响，当前普遍采用的Saastamoinen 模型是利用气象数据来逼近补偿这些因素的影响；电离层的延迟可以通过双频观测来消除，或者利用区域电离层格网来进行时间和空间的插值。除了大气模型之外，地形修正同样非常关键，尤其对于大起伏地貌地区，由于地形遮挡和反射效应的影响而使得误差被放大。

结束语：通过本文研究，总结出基于 GPS 测绘数据处理与精度控制关键策略主要有差分 GPS,RTK 等技术应用、优化滤波算法与异常数据识别模型，增强基站稳定性与数据链路冗余设计，采用高精度时钟同步技术与多通道接收机协同工作并应用大气延迟模型与地形修正算法。

参考文献

[1]王旭,马天择,崔月彬.全球定位系统在七人制橄榄球内部负荷监控中的应用[J].文体用品与科技,2024,(24):79-81.

[2]陈烁,刘遵勇.基于全球定位系统的汽车外摆值测量方法研究[J].专用汽车,2023,(03):78-80.