工程测量中GPS控制测量平面与高程精度分析

1、工程测量中 GPS 控制测量平面与高程精度分析摘要：由于 GPS 控制测量技术具有效率高、 全 天候、多功能等优势，已被国家经济建设和科学研究 等众多领域所广泛应用。在现代工程测量中，已经基 本取代了传统的测量方式。但是， GPS 控制测量技术 比与传统测量方法相比，直观性要差一些，其平面精 度一般都能符合精度要求，却存在较大的高程误差。 本文重点分析影响高程误差的主要因素，以及如何提 高 GPS 高程测量的一些对策与措施。关键词：工程测量 GPS 平面误差 高程误差 中图分类号： P228 文献标识码： A 文章编号： 1007-9416（2014）01-0221-01全球卫星导航定位系统是

2、通过在空间保持发行状 态的卫星源源不断的向地球发送加载了特殊定位信息 的无线电信号的某种频率，从而能够实现定位测量的 定位系统。最具代表性的是GPS定位测量技术。在实 际测量中，大多数的工程测量存在已知点少、已知点 的位置分布不合理、网形不佳、不宜进行水准测量等 问题，这些问题都会直接导致GPS控制网的精度得不 到保障。由于平面精度通常存在的问题不大，下面， 我们对高程精度进行详细的探讨。1 影响高程测量精度的主要因素1.1 GPS大地高的测量精度推算出精度较高的GPS正常高的重要前提之一 是获得精度较高的GPS大地高程观测数据。通常，影 响GPS大地高测量精度的因素主要有：卫星星历误 差、卫

3、星钟差、相对论效应等，这些是和卫星相关的 误差；与信号传播有关的误差有对流层延迟、电离层 延迟、多路径效应等等；与接收设备相关的误差有天 线对中误差、 天线整平误差、 量取天线高引起的误差、 由天线相位中心导致的误差等；在星历、已知点三维 坐标的影响下、或者选用有误差的模型的影响下导致 数据处理产生误差。当进行GPS静态定位测量时，必须要确保控制点 位置的准确性，安置足够数量的接收机，确保得到的 观测数据满足要求（采样率时间以及观测时段的时间 通常要在25min以上），仔细明确卫星的截止高度角和 天线高度，这些都可以在一定程度上减小甚至完全避 免上面提到的影响因素，确保高程测量达到要求的高 精

4、度。1.2 公共点几何水准测量精度通常，控制测量点的大地高与高程异常值的差值 就可以得到正常值。其中高程异常值是运用数学方法 拟合得到的，并且与测区某些点的GPS大地高和相应 的几何水准高程测量值的差值有关。所以不难看出， 要想得到高精度的高程异常值，就必须要求有高精度 的几何水准测量起算点，还要注意的是，在工程测量 中，水准测量本身的精度等级也是有严格要求的。1.3 GPS高程拟合的方法 大地高减去正常高就得到了高程异常（大地高是 由GPS测量得到的，正常高是由水准测量得到的）， 再由高程异常拟合出似大地水准面，然后通过解算得 出未知点的高程异常，这就是GPS高程拟合的基本原 理。虽然通过传

5、统的方法测量得到的几何水准高程值 具有很高的精度，但是在实际的工程施工测量中，存 在很多苦难，如工作量巨大、测量费用高、观测所需 的时间较长，在一些山丘等地质情况复杂的地区，其 测量值达不到工程所要求的精度等等。因此我们可以 采用水准测量方法进行测量，即对很少一部分的 GPS 点进行高程测量，然后利用高程拟合技术手段解算出 剩下相关GPS点的高程。因此，选择合适的大地水准 面拟合模型，并对其进行准确的计算，都有益于得到 高精度的控制点高程。1.4 公共点的密度以及其分布状况 除了上述三方面以外，满足要求数量的高程控制 点，较为均匀的分布在测区范围内，都能提高高程拟 合的整体精度。2 提高 GP

6、S 高程测量精度的措施2.1 针对大地高测量采取的方法 第一，差值运用同步观测量来求。 在工程 GPS 控 制测量中，利用同步观测量求差是较为简单有效的数 据处理方法。同步求差法具有明确的理论依据，即观 测距离相距在 20km 以内的情况下，这两个同步观测 站所受到的对流层影响、卫星星历误差以及电离层的 影响都可以看做是基本没有差别的，并且运用同步求 差法就可以将存在的误差进一步减小到忽略不计。但 是，运用这种方法的前提条件必须满足两个观测站是 同步进行观测的，他们之间的距离必须保证不超过 20km。第二，站址的选择也很重要。虽然没有要求GPS观测站之间必须能够互相看得见，但是恰当选择 合适的

7、观测点位置是很有必要的，不仅要严满足照相 关规定，还要根据具体的工程测量环境，灵活多变的 制定最适合的站址选择方案。第三，天线高的量取要 确保正确。如果天线高测量存在误差，将会导致 GPS 高程的严重误差，因此，我们要给予天线高的测量应 有的高度重视。通常，在野外作业时，将天线的斜高 作为测量值，在测量过程中将天线圆盘以 120为间 隔分为三个方向，分别测量这三个方向的天线高，并 且要保证这三个测量结果的误差在 3mm 之内，然后取 平均值。除此之外，由于在野外作业时所用到的天线 类型不尽相同，要注意相位中心的高度会随之有所变 化。第四，可以将 GPS 网的图形结构进行优化设计。2.2 选用合

8、理的高程拟合数学模型 通常，我们首先构造出一种数学曲面来拟合似大 地水准面，然后利用其推算出 GPS 测量区域内控制点 的正常高以及待定点的正常高。常用的拟合方法有平 面拟合法、二次曲面拟合法、样条函数法以及多面函 数法。由于二次曲面拟合法一般能够得到较高精度的 高程异常值，因此常常被采用，当然我们也要结合观 测地区的实际地形地貌进行选择。2.3 关于高程控制点 高精度的高程起算点是使通过拟合得到的各 GPS 高程点达到测量标准的重要关键之一，而高程起算点 的精度包括其点位的稳定性和测量精度等级。与此同 时，拟合所需的水准点尽可能满足均匀分布，并且要 求有 6 个或 6 个以上。当所测区域面积较大且存在较 大地形差别时，可将测区分块分别建立拟合模型，这将有效保证高程拟合精度。3 结语随着我国科学技术的不断发展与创新， GPS 技术 已经得到提高并且广泛应用于我国的经济建设和城市 化建设中，尤其在工程测量中 GPS 控制测量技术发挥 了及其重要的作用，在其相应的数据处理中也得到了 良好运用。在工程测量中， GPS 控制测量技术的运用 不仅降低了