GPS高程測量方法適宜性分析研究

摘 要:本文基于筆者多年從事GPS程測量的相關工作經驗，以GPS高程測量為研究對象，分析了靜態觀測法、實時動態觀測方法與參數轉換法三種高程測量方法的原理與適宜性，總結了不同高程測量要求下的測量方法的選擇，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞:CORS水平位移監測前方交會精度

中圖分類號:P2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(a)-0105-02

隨著城市建設的快速發展、城市范圍的不斷擴張，為適應規劃、土地等職能部門對地理數據、地理信息實時性的要求，建立和維持長期穩定、具有較高精度、動態的城市坐標參考框架是非常有必要的。由于GPS技術、網絡技術、通訊技術的不斷發展，衍生出的連續運行參考站系統，為城市空間信息及其動態變化的采集提供了技術保障。

GPS高程測量的研究和實踐，尤其是近年來，隨著似大地水準面精化理論與實踐的迅速發展而加速前進。如何充分利用GPS資源，特別是基于近年來發展迅速的連續運行衛星定位基準站系統基礎上，及時獲取實用的三維空間地理信息，正成為測繪領域—個新的發展方向。本文對實施GPS高程測量的幾方法進行探討。

1 網絡RTK測量研究

網絡RTK技術的基本原理是借鑒廣域差分GPS和具有多個基準站的局域差分GPS中的基本原理和方法，在某一區域內稀疏地、較均勻地布設多個(一般為3個或3個以上)基準站，構成一個連續運行基準站網，對該地區構成網狀覆蓋，并以這些基準站中的一個或多個為基準，消除或削弱各種誤差的影響，計算和發播GPS改正信息，對該區域內的GPS用戶(流動站)進行實時導航定位，獲得高精度的定位結果。該技術的關鍵是融合基準站的觀測數據，生成與流動站上真實誤差較為相近的誤差改正數，以消除或削弱網絡RTK中空間相關誤差對導航定位的影響。

網絡RTK技術的出現使一個地區的測繪工作成為一個有機整體，與傳統RTK技術相比，網絡RTK具有覆蓋范圍大、測量成本低、精度高、可靠性強以及應用范圍廣等優點。

2 基于重慶CORS和似大地水準面精化的GPS高程測量方法研究

重慶市國民經濟建設、國防建設和建立“數字重慶”、“數字社區”、“電子商務”等都亟須及時提供三維、實時、動態的空間地理信息。重慶市連續運行衛星定位服務系統(重慶CORS)的建成和投入運營，提供了高精度的、覆蓋全市域，并部分輻射周邊地區的全天候三維測繪基準。

GPS高程測量是利用GPS測量技術，測定地面控制點在地心坐標參考系中的三維坐標，按照區域似大地水準面精化技術將基于大地橢球面的大地高轉換為基于似大地水準面的正常高的測量方法。應用GPS測量技術和重慶地區似大地水準面精化成果進行GPS高程測量，通過研究與分析，我們認為主要有以下幾種測量方法。

2.1 靜態觀測方法

利用三腳架或是強制觀測墩，進行GPS靜態觀測，按照不低于D級網點的技術要求進行整體布網、觀測和解算，并利用似大地水準面成果進行精化，其高程精度可達到三、四等水準的要求。GPS靜態觀測應有不少于4個點的已知三維控制點，其中至少應有3已知點作為地心基準的約束點，有一個已知點作為數據處理檢核點。在我們進行的靜態GPS高程測量檢測所得到的GPS精化高程與已知的精密水準測量成果的比較互差統計如表1。

從統計結果來看，采用GPS靜態作業觀測時間在lh以上，精化高程與已知精密水準測量的高程成果外符合精度小于±2cm。

2.2 實時動態觀測方法

利用三腳架在觀測點上進行實時動態(RTK)觀測，在獲得固定解以后進行記錄，至少要記錄4個歷元，每歷元時長不小于10s，并利用似大地水準面成果進行精化時，其高程精度可達到圖根點水準的要求。并且接收機的初始化時間不能過長，一般為2min左右。測前、測后都進行了已知點檢核，檢核點的高程等級要高于待求點的等級或與其等級相同，檢核點實測數據和原已知數據較差應滿足《城市測量規范》中圖根點高程檢核的精度要求。如果是利用測桿人工手扶對中觀測，由于人為誤差的影響，其高程精度只能滿足碎部點的要求。

GPS實時動態觀測方法的精化高程與已知精密水準測量成果的比較結果統計見表2。

2.3 參數轉換法

應用全市域范圍內均勻選取的一定數量的已知點，通過布爾沙模型求取WGS-84坐標系與城市坐標系之間的轉換參數(七參數)，利用求取的七參數對重慶市所有的C級網點三維成果進行轉換，轉換所得到的GPS高程測量結果與實測的精密水準測量成果的較差統計如表3。

由表4可知，利用七參數轉換使所求取的高程，其精度大大降低。這也反映了GPS RTK測量所得到的三維成果利用七參數轉換模型轉換得到的高程結果，只能適用于碎部點的高程數據采集。

3 幾種GPS高程測量方法的適宜性分析

重慶市現代測繪基準體系，以GPS技術、網絡通訊技術、計算機技術等先進技術為支撐，建立了三維一體的城市現代測繪工作的基準框架。在高程基準方面，通過GPS靜態觀測方法和RTK觀測方法檢測后證明，經過似大地水準面精化后GPS高程測量成果與精密水準測量成果比較的高程中誤差分別達到±0.013m和±0.029m，因此可以認為:應用相應等級的GPS高程測量來代替四等水準測量在理論上是科學的、在實踐上是可行的。

通過前面的幾種GPS高程測量方法所取得高程結果的數據分析，可以得出幾種GPS高程測量方法適宜性的基本結論。

(1)應用靜態觀測方法進行GPS高程測量，當同步觀測時間大于1h，且部分測點應有必要的重復觀測，通過似大地水準面精化計算所取得的GPS高程測量成果，完全可以滿足城市三、四等水準測量成果的精度要求，可以作為下級高程測量的起算依據。(2)應用實時動態觀測方法進行GPS高程測量，利用三腳架設置接收天線，所取得的RTK測量結果經似大地水準面精化計算后，其精化高程成果完全可以滿足城市圖根水準測量成果的精度要求，可以作為地形測量的高程起算依據;當利用測桿人工手扶對中觀測，其精化高程的成果精度只能滿足地形碎部點的精度要求。(3)應用參數轉換進行GPS高程測量，通過轉換得到的GPS高程測量成果，僅能作為地形測量碎部點的高程數據采集。該方法作業前和測量結束后，均要求利用已知高程控制點進行高程檢核，確保高程數據采集的精度和可靠性。

4 結語

隨著城市測繪事業的不斷發展，對高程測量技術和測量方法特別是應用GPS測量技術進行精密高程測量的技術和方法提出了更進一步的要求。如何利用全球衛星導航定位技術，利用重慶CORS系統所提供的大范圍的、實時的、高精度的空間定位資源，充分發揮重慶地區區域似大地水準面精化的成果效能，真正在重慶市現代測繪基準體系框架內，實現高精度的三維、實時、動態的空間地理信息采集，建立起滿足城市規劃、城市建設和城市運營管理等各方面需要的城市信息化測繪保障服務體系，還需要做更進一步的努力、探索和研究。

參考文獻

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