淺談工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析

張賢勇

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)與信息技術(shù)的共同發(fā)展與進步，GPS技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，并且廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，尤其是在工程測量中，GPS測量技術(shù)發(fā)揮了非常重要的作用。但是，GPS也存在一定的弊端，比如與傳統(tǒng)的測量方法相比，GPS控制量測的方法并沒有那么直觀，而且測量出來的平面精度以及高程精度難以滿足當(dāng)下工程建設(shè)的需求。因此，該文結(jié)合相關(guān)理論知識與實踐經(jīng)驗，對GPS控制測量平面與高程精度進行深入的研究分析。旨在促進GPS控制測量技術(shù)得到進一步的改進與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：工程測量 GPS控制測量 平面 高程 精度

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0009-02

20世紀80年代，GPS測量技術(shù)在美國被研發(fā)，并且隨著科學(xué)技術(shù)的進步，GPS測量技術(shù)在20世紀90年代就已經(jīng)投入使用并得到了廣泛應(yīng)用。GPS技術(shù)主要由空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)以及用戶設(shè)備三個部分組成。GPS導(dǎo)航定位主要是通過接收衛(wèi)星發(fā)射出來的無線電信號實現(xiàn)的。所以，自GPS技術(shù)發(fā)展以來，不僅為國防經(jīng)濟與軍事建設(shè)提供了重要的服務(wù)，同時也應(yīng)用到了社會其他各個領(lǐng)域，使GPS測量技術(shù)日趨成熟。時至今日，GPS測量技術(shù)已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)的測量技術(shù)。該文主要對影響高程精度的因素進行分析，并提出應(yīng)對措施。

1 影響高程測量精度的因素分析

根據(jù)實踐經(jīng)驗總結(jié)，造成高程誤差的主要因素有以下幾點：

1.1 GPS大地高的測量精度

只有在獲得精準度比較高的GPS大地高程觀測數(shù)據(jù)才能夠準確地計算出GPS正常高。根據(jù)實踐經(jīng)驗總結(jié)，對GPS大地高測量精度造成影響的因素主要有與衛(wèi)星誤差相關(guān)的相對論效應(yīng)、衛(wèi)星鐘差一級衛(wèi)星星歷誤差，與信號傳輸相關(guān)的對流層延遲、多路徑效應(yīng)以及電離層延遲等以及與接收設(shè)備有關(guān)的天線整平誤差、天線對中誤差等。除此之外，與系統(tǒng)生成的模型誤差也有一定的關(guān)聯(lián)。當(dāng)GPS進行靜態(tài)測繪時，必須要保證控制點的準確性，并安裝一定數(shù)量的信號接收設(shè)備。但是在實際的測量控制中，往往難以滿足以上要求，而且對采樣的觀察時間通常沒有達到既定的時間，所以很大程度上影響了高程測量的精度。

1.2 公共點幾何水準測量精度

一般情況下，對測量點的高程異常值與大地高測量值值差進行有效的控制就能得到正常值。計算高程異常值通常利用的是數(shù)學(xué)方法，在數(shù)值獲取過程中，與測量點的GPS大地高以及相應(yīng)的幾何水準高程測量值的差值也有很大的關(guān)連。因此，要獲得精度較高的高程異常值，需要對水準測量的精度進行嚴格控制。

1.3 GPS高程擬合的方法

GPS高程擬合的基本原理是：由GPS測量技術(shù)得到大地高，由水準測量獲得正常高，大地高與正常高之間的差值為高程異常。然后通過高程異常擬合出似大地水準面，運用相關(guān)計算法則得出未知測量點的高程異常。在傳統(tǒng)的測量方法中，由于工程量巨大、測量成本高、觀測時間長，所以很難得到精度較高的幾何水準高程值，尤其是在地形較為復(fù)雜的地區(qū)，高程精度更加難以控制。

因此為了有效地避免高程誤差，可以應(yīng)用水準測量方法來測量高程，也就是對少數(shù)GPS點實施高程測量，再通過高程擬合技術(shù)手段得出其他GPS點的高程。在實際的控制測量中，由于沒有選對合適的擬合模型，所以使得計算不夠準確，導(dǎo)致了較大的高程誤差。

除了以上三個方面，公共點的分布也是影響高程精度的重要因素。通常滿足一定數(shù)量要求的控制點布設(shè)，能夠有效地促進高程擬合的精度。

2 提高GPS高程測量精度的措施

結(jié)合工程測量中GPS控制測量平面與高程精度的影響因素的分析，此處提出幾點針對性的建議。

2.1 完善大地高測量的方法

大地高的測量方法對于保障高程的精度有著非常重要的作用，根據(jù)實踐經(jīng)驗表明，可以從以下幾個方面進行改進。

（1） 選擇合適的站址。在工程測量中，雖然對各觀測站點沒有非常嚴格的要求，但是合適的觀測點，對于工程量測有非常重要的作用。所以在實際的測量工作中，要結(jié)合工程環(huán)境，制定站址選擇方案。

（2）運用同步觀測求取差值。實踐表明，同步求差法不僅具相對完整的理論依據(jù)，同時這一方法能夠?qū)⒄`差降至最低甚至是忽略不計。通常，在觀測距離小于20Km的情況下，兩個同步觀測站就容易受到衛(wèi)星星歷誤差、對流層以及電離層的影響，而同步求差法可以將這種誤差縮小。但是，同步觀測法如果沒有保證兩個觀測站的觀測同步進行以及觀測站之間間距在20Km以內(nèi)，那么求取的差值無效。

（3）確保天線高的正確量取。天線高測量誤差是導(dǎo)致高程精度較差的重要原因，因此要加強對于天線高測量的重視。野外作業(yè)的情況下，應(yīng)將天線斜高作為測量值，將天線圓盤分成三個方向，且間隔角度大小均勻。然后分別對不同方向的天線高進行測量，保證測量結(jié)果之間的誤差低于3mm，然后取其平均值。在野外作業(yè)這一過程中，會因為所用天線的類型不一而使天線高有所變化，所以要控制好相位中心的高度。

2.2 使用合理的高程擬合方法

在實際的工程測量之中，通常會以數(shù)學(xué)曲面構(gòu)件的方法來擬合似大地水準面，再以此計算中GPS測量點以及待測量點的正常高值。根據(jù)實踐分析，常應(yīng)用的擬合方法有二次曲面擬合法、平面擬合法、多面函數(shù)法以及樣條函數(shù)法，其中又以二次曲面擬合法應(yīng)用最多。與其他擬合方法相比，二次曲面擬合法更容易得到更加精確的高程異常值。當(dāng)然，由于觀測環(huán)境不同，采用的擬合方法也會有所不同。

2.3 加強控制點的布設(shè)

確保高程起算點的高精度是擬合出其他控制點高精度高程值的重要前提。所以，在實際的工程測量中要加強控制點的布設(shè)，確保高程起算點的穩(wěn)定性以及測量精度。不僅如此，擬合所需的水準點應(yīng)盡可能分布均勻，數(shù)量應(yīng)在6個以上。當(dāng)工程測量地形復(fù)雜、測量范圍大的情況下，可以采用分區(qū)建立擬合模型的方法來提高高程擬合的精度。

3 結(jié)語

GPS 測量技術(shù)不僅應(yīng)用范圍廣、定位精準、簡單易操作，而且還能全天候作業(yè)，所以在工程建設(shè)規(guī)模與數(shù)量不斷擴大的前提下得到了更加廣泛的應(yīng)用。采用GPS測量技術(shù)來完成工程測量工作，是當(dāng)前工程發(fā)展的一種新趨勢。GPS測量技術(shù)相對于傳統(tǒng)的工程測繪技術(shù)而言，大大提高了工程建設(shè)效率。雖然GPS在控制測量平面與高程精度的過程中存在一系列的不足，但是只要在實踐中進行不斷地改進與完善，GPS測量技術(shù)將發(fā)揮更加重要的作用。

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