山區城市GPS控制測量及其高程精度分析

【摘要】GPS是全球衛星定位系統的簡稱，其具有全天候作業、全球連續覆蓋、定位精度高、觀測效率高等優點，GPS測量技術現已成為測繪領域當中應用最為廣泛的技術之一。在我國有著很多山區城市，由于受地理條件等因素的限制，采用傳統的測量方法很難對這些山區城市進行高精度測量。而應用GPS對山區城市進行測量，則不會受到各種條件的限制，并且還能進一步提高測量精度。基于此點，本文就山區城市GPS控制測量及其高程精度分析進行淺談。

【關鍵詞】山區；GPS控制測量；高程精度

一、GPS控制測量概述

按照工作性質對GPS控制測量進行分類，可分為以下兩方面內容：一是內業工作，包括測量前期技術設計、測量后期數據處理以及測量技術總結等；二是外業工作，包括測量前期選點、設置測站標志、埋石、野外觀測作業以及作業結果檢查等。一般情況下，GPS控制測量流程分為以下階段，即設計GPS控制網、選點、埋石、野外觀測、質量檢驗、測量數據處理以及測量報告編制。GPS控制測量的技術性要求較高，在測量工作中，應以滿足測量精度和可靠性為前提，降低成本費用支出，提高測量人員工作效率，同時，還應優化設計、精心組織各個測量階段。GPS控制測量作業要嚴格遵守相關規范，根據GPS定位技術、GPS接收機硬件和軟件技術情況，確定GPS控制測量的時間、測量作業要求以及數據處理要求。根據《GPS測量規范》中的相關規定，可將GPS控制網依據測量精度劃分為不同的級別。

GPS控制測量工作要根據由高級至低級、由整體至局部的原則建立控制網，通過控制網實現控制和碎部測量。GPS控制網按照測定點的位置不同分為平面控制網測量（即測定點的平面位置工作）和高程控制測量（即測定點的高程工作）。現階段，外業工作已經實現數字化，主要包括全站儀導線測量、水準測量、首級控制測量。

二、山區城市GPS控制測量及其高程精度分析

（一）GPS控制測量的具體步驟

本次測量中采用的是南方測繪儀器公司自主研發的北極星9600型GPS測量系統，并以靜態相對定位的方式開展測量工作，具體步驟如下：

1.對短基線測量的誤差來源進行分析。就短基線而言，因其兩個端點間的距離相對較短，所以在數據處理時，可以采用差分的方法。通常情況下，對流層與電離層對測量信號的延遲對兩個端點的影響基本相同，而星歷誤差對兩個觀測站的影響也大致類似。故此，這些因素全部可以忽略不計。換言之，短基線測量誤差的來源主要包括以下幾個方面：多路徑誤差、接收機的位置誤差、天線偏差、地面起始點誤差以及GPS衛星的PDOP值。在實際測量時，需要對這些誤差采取相應的措施加以控制，這樣能夠進一步提高測量結果的精確度。

2.選點。站址的選擇在GPS控制測量過程中是非常關鍵的環節之一，選擇合適的站址，能夠有效消除GPS信號的傳播誤差。在具體選擇時，除了應當按照CJJ73-1997規程中規定的選點要求之外，還應當對周圍高于10°的障礙物繪制GPS點環視圖。此外，GPS觀測站之間雖然不需要相互通視，但在對山區城市進行測量時，應當減除多路徑效應的影響。為此，觀測站應當盡可能遠離面積較大的水面，并避開高層建筑物，觀測過程中汽車停放位置應當與測站保持一定的距離。

3.觀測。在實際觀測時，可按照最近30d的星歷預報，選取衛星POPD值相對較小的時段進行觀測，并依據點位的選擇情況，再結合GPS點環視圖、基線具體長度等相關因素，制定出合理可行的觀測計劃和日觀測表。觀測人員則可根據實地情況有選擇地增加觀測時段的長度，這樣能夠獲得更加準確的數據。

4.數據處理。當每日的觀測工作完成之后，對觀測數據進行下載，然后按照相關規程、技術設計對外業全部資料進行檢查驗收，具體包括如下內容：成果是否與規程要求相符、觀測數據的質量分析是否與實際情況相符等等。觀測人員可以采用隨機軟件對基線進行處理，并以合格的雙差固定解作為短基線處理的合格解。對于某些基線的處理，若是軟件無法解算出合格解時，可以通過改變解算條件的方法進行重新解算，如改變歷元間隔、改變高度截止角、禁止無效歷元等等。該環節完成之后，需要對全部解算出來的合格固定解的基線進行檢驗核對。如果檢驗的過程中發現超限的情況時，必須對具體原因進行認真分析。

5.野外返工。對于經過檢驗核對，并且進行綜合分析之后超限的基線，必須進行野外返工。具體包括以下兩種情況：其一，當一個控制點無法與兩條合格的獨立基線相連接時，則必須將之納入到下一日的觀測計劃當中，同時應當對觀測網形進行適當調整，確保補測或是重測不少于1條獨立基線；其二，當舍棄基線后的獨立環含有的基線數量小于等于10時，因點位于GPS測量要求不符而導致某個測站多次重復測量仍然無法滿足限差技術規定時，應當在整網觀測完畢之后，對基線進行重測。

（二）高程精度的控制措施

1.天線高的準確測量。造成GPS高程誤差的重要原因之一為天線高測量不準確。一般情況下，野外作業通常量取天線的斜高，即在天線圓盤間隔大致120°的3個方向上分別量取天線高，如此反復測量3次，在保證3次測量結果差值小于3mm的情況下取平均值。必須注意的是，如果在野外作業時采用的天線類型不同，則要密切關注天線相對中心在高度上的變化量。

2.對GPS網進行優化設計。GPS網的圖形結構在一定程度上影響著GPS控制網的測量精度，其中，網的圖形結構中的各站點基線數目和基線權陣是主要影響因素。在測量過程中，要根據測量需要以及GPS接收機觀測作業的情況，優化設計GPS控制網的幾何圖形結構。在城市發展規劃和地形條件的影響下，山區城市GPS控制網的網形呈現出不規則狀態，其基線邊的長短相差偏大。

3準確解算相位整周未知數。相位整周未知數的正確解算有利于確保控制點三維坐標值的計算精確性。現階段，相位整周未知數的解算要以充足的觀測數據為依據，所以必須確保站點上的觀測時間要超過2h，對短邊觀測要運用實時動態和快速靜態RTK技術，通過雙頻接收機快速獲取整周未知數。

結論：

總而言之，我國大部分山區的地形起伏都相對較大，基于這一前提，使得待定點之間無法通視，并且接近于地面高度的大氣密度也比較大，整體透明度較差，折光過程會受到嚴重影響，這樣一來，導致了傳統的導線測量、三角測量以及高程引測等難度較大，并且傳統測量的網形設計的各項誤差均會對測量成果的精度造成影響。GPS控制測量以其自身所具有的全天候、高精度、費用低、工作效率高等特點，成為山區城市測繪過程中的首選方法。在實際應用中，需要采取相應的措施確保高程精度，這是非常關鍵的環節。

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