摘要：本文針對(duì)GPS測(cè)量的特點(diǎn)，對(duì)GPS高程測(cè)量的誤差進(jìn)行了分析，對(duì)GPS高程測(cè)量的方法進(jìn)行了有益的探索和嘗試，通過(guò)實(shí)際作業(yè)分析得出GPS高程測(cè)量精度是可以達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量要求的。本文圍繞如何提高 GPS 高程擬合精度進(jìn)行分析，結(jié)合測(cè)量中的實(shí)際情況，重點(diǎn)提出在GPS測(cè)量中避免和降低誤差對(duì)測(cè)量的影響。

關(guān)鍵詞：GPS；高程測(cè)量；誤差；精度

1 概述

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，給我們測(cè)繪技術(shù)帶來(lái)了翻天覆地的變化，由模擬圖變成了數(shù)據(jù)，提高了工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，大大減輕了測(cè)繪人員的外業(yè)工作。技術(shù)的應(yīng)用又給我們測(cè)繪帶來(lái)了一場(chǎng)新的革命，標(biāo)志著測(cè)繪概念的新轉(zhuǎn)變GPS技術(shù)由最初的軍用到民用，只經(jīng)過(guò)了三年的時(shí)間，使用戶數(shù)劇增，軍用只占19/6，目前GPS作為新一代的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，已在軍事、交通運(yùn)輸、測(cè)繪、導(dǎo)航、精細(xì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、移動(dòng)通信等諸多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，給人們生活帶來(lái)了巨大變化。本文就GPS測(cè)量中的誤差來(lái)源與分析作了一些建議。

2 GPS測(cè)量的特點(diǎn)

GPS測(cè)量與常規(guī)控制測(cè)量相比較主要有一下特點(diǎn)：①測(cè)量精度高。GPS觀測(cè)的精度明顯高于一般常規(guī)測(cè)量，在小于50km的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)1*10？6，在大于1000km的基線上可達(dá)到1*10？8。②測(cè)站間無(wú)需通視。GPS測(cè)量不需要測(cè)站間相互通視，可根據(jù)實(shí)際需要確定點(diǎn)位，使得選點(diǎn)工作更加靈活方便。③觀測(cè)時(shí)間短。隨著GPS測(cè)量技術(shù)的不斷完善，軟件的不斷更新，在進(jìn)行GPS測(cè)量時(shí)，靜態(tài)相對(duì)定位每站僅需20min左右，動(dòng)態(tài)相對(duì)定位僅需幾秒鐘。④儀器操作簡(jiǎn)便。目前GPS接收機(jī)自動(dòng)化測(cè)度越來(lái)越高，操作智能化，觀測(cè)人員只需對(duì)中、整平、量取天線高及開(kāi)機(jī)后設(shè)定參數(shù)，接收機(jī)即可進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)和記錄。⑤全天候作業(yè)。GPS衛(wèi)星數(shù)目多，且分布均勻，可保證在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)連續(xù)進(jìn)行觀測(cè)，一般不受天氣狀況的影響。⑥提供三維坐標(biāo)。GPS測(cè)量可同時(shí)精確測(cè)量測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，且其坐標(biāo)可以是多樣化的，可以是全球統(tǒng)一的坐標(biāo)，也可以采用54坐標(biāo)和80坐標(biāo)，還可以采用自定義的獨(dú)立坐標(biāo)系。高程則是大地高。

3 GPS定位誤差分析

3.1 GPS定位測(cè)量的誤差來(lái)源

GPS定位測(cè)量的誤差主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面：

⑴來(lái)自衛(wèi)星部分的誤差：主要有星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差、相對(duì)論效應(yīng)。

⑵來(lái)自信號(hào)傳播有關(guān)的誤差：主要有電離層折射誤差的影響、對(duì)流層折射誤差的影響、多路徑效應(yīng)。

⑶與信號(hào)接收有關(guān)的誤差：主要有接收機(jī)鐘誤差、接收機(jī)的位置誤差、天線相位中心位置的偏差。

⑷其他方面的誤差影響：如地球自轉(zhuǎn)和地球潮汐的影響。

3.2 減弱GPS測(cè)量誤差的措施和方法

⑴加入全球的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)網(wǎng)站，以獲得高精度的衛(wèi)星星歷；

⑵利用同步觀測(cè)值在不同的衛(wèi)星與衛(wèi)星之間、歷元與歷元之間進(jìn)行差分處理；

⑶進(jìn)行整周模糊度解算，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出若同步觀測(cè)時(shí)間在1h以上，可獲得較好的穩(wěn)定性。

4 利用GPS高程測(cè)量方法求正常高或正高精度探析

4.1 GPS高程測(cè)量本書(shū)的精度分析

對(duì)衛(wèi)星部分的誤差、與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差和與信號(hào)接收機(jī)有關(guān)的誤差，我認(rèn)為作業(yè)者要認(rèn)真按要求選擇合適的GPS點(diǎn)來(lái)構(gòu)成GPS網(wǎng)，減弱多路徑誤差和對(duì)流層延遲折射誤差；注意星歷預(yù)報(bào)，選擇合適的觀測(cè)時(shí)間采用合理的觀測(cè)時(shí)段，改善GPS衛(wèi)星星歷的精度；同時(shí)應(yīng)注意設(shè)站時(shí)嚴(yán)格地中和整平儀器，儀器盡量地設(shè)得高一點(diǎn)，準(zhǔn)確地量取天線高，若能做到這些，GPS高程測(cè)量的誤差經(jīng)實(shí)踐證明是可以滿足三等控制的要求的，但我們所要求的高程并不是大地高而是正常高和正高，故必須精確地求出高程異常值或大地水準(zhǔn)面差距。

4.2 高程異常值（大地水準(zhǔn)面差距）的求取方法

GPS得到的是大地高程，也即橢球高，實(shí)際應(yīng)用中所采用的高程為海拔高程，兩者之間存在高程異常值的差異，即：h=H-N，其中h為一點(diǎn)的海拔高程，H為該點(diǎn)的大地高程，N為該點(diǎn)的高程異常值（又稱大地水準(zhǔn)面差距），要想從大地高程精確歸算到海拔高程，就要獲取準(zhǔn)確的高程異常值。

據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料可知，高程異常值的獲取方法大致有如下幾種：

⑴從國(guó)家高程異常值圖上查取，但精度不高，一般為厘米級(jí)。

⑵從全球高程異常模型中得到，如國(guó)際上廣泛采用的OSU91A；此方法同樣精度不高且不適合我國(guó)。

⑶從局部地區(qū)的精化大地水準(zhǔn)面模型中得到。這種方法往往精度較高，在幾個(gè)cm～10幾個(gè)cm之間，但是目前可提供使用的地區(qū)很有限。

⑷利用GPS水準(zhǔn)高程擬合測(cè)量方法求得GPS重力高程測(cè)量是用重力資料求定點(diǎn)的高程異常，結(jié)合GPS求出的大地高，再求出點(diǎn)的正常高（或正高）的一種方法。

從目前我國(guó)的大量實(shí)際資料統(tǒng)計(jì)來(lái)看，GPS重力高程的精度低于GPS水準(zhǔn)高程。故采用重力場(chǎng)模型和GPS水準(zhǔn)相結(jié)合的方法是一條有效的途徑。其做法是；先按重力場(chǎng)模型計(jì)算地面點(diǎn)的高程異常，在GPS網(wǎng)中再聯(lián)測(cè)部分點(diǎn)的幾何水準(zhǔn)，也可以求出這些點(diǎn)的高程異常，即可求出聯(lián)測(cè)點(diǎn)的兩種高程異常差，根據(jù)聯(lián)測(cè)點(diǎn)平面坐標(biāo)和高程異常，按曲面擬合法推求其他店的高程異常，從而求出點(diǎn)的正常高。

4.3 用GPS水準(zhǔn)高程擬合測(cè)量方法求得GPS點(diǎn)的高程的精度探析

首先，應(yīng)根據(jù)測(cè)區(qū)的情況，合理布設(shè)已知點(diǎn)，并選定足夠已知點(diǎn)；根據(jù)不同測(cè)區(qū)。選用合適的擬合模型；對(duì)高程大于100m的測(cè)區(qū)，一般要加地形改正；對(duì)含有不同趨勢(shì)地區(qū)的大測(cè)區(qū)，可采取分區(qū)計(jì)算的方法，計(jì)算時(shí)，坐標(biāo)取得m或10m，但高程異常應(yīng)取到毫米。計(jì)算結(jié)果應(yīng)由計(jì)算機(jī)繪出測(cè)區(qū)高程異常等值線圖，以便分析測(cè)區(qū)高程異常變化情況，提高擬合計(jì)算精度。

以下是我們?cè)诰唧w的工作中所布設(shè)的GPS網(wǎng)中的高程精度情況，在工作中，我們?yōu)榱颂接慓PS的精度，對(duì)所有的GPS點(diǎn)都進(jìn)行三等水準(zhǔn)測(cè)量，并進(jìn)行嚴(yán)密平差得出點(diǎn)的高程，同時(shí)利用GPS測(cè)量方法測(cè)得各點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)，在高程擬合時(shí)分別采用一個(gè)已知點(diǎn)、兩個(gè)已知點(diǎn)、三個(gè)已知點(diǎn)和四個(gè)已知點(diǎn)來(lái)進(jìn)行高程擬合，所得結(jié)果列表如下：

以上數(shù)據(jù)只是針對(duì)一個(gè)較為簡(jiǎn)單的網(wǎng)而討論的，數(shù)據(jù)還不夠全面，從中我們可以看出，只要選擇的合適，利用GPS獲取較高精度的高程是完全可以的。

5 結(jié)束語(yǔ)

⑴ 我國(guó)地形復(fù)雜，大部分地區(qū)為高山地區(qū)或丘陵地，為滿足工程建設(shè)的需要，在條件具備的情況下，利用GPS測(cè)量技術(shù)是可以做到同時(shí)完成平面、高程測(cè)量，充分發(fā)揮GPS測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，提高工作效率。

⑵ 在測(cè)區(qū)范圍較小，地形變化小的測(cè)區(qū)內(nèi)，先利用幾何水準(zhǔn)均勻的布測(cè)一些基本高程控制點(diǎn)，然后可以用GPS高程測(cè)量代替幾何水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)設(shè)圖根水準(zhǔn)或測(cè)站點(diǎn)水準(zhǔn)。

⑶ GPS儀器的選用要選擇精度不低于基線精度5mm+1ppm、高程精度10mm+2ppm，性能較為穩(wěn)定且受外界環(huán)境因素影響小的GPS接收機(jī)。

⑷ GPS高程測(cè)量觀測(cè)時(shí)要充分考慮影響GPS測(cè)量精度諸如GPS圖形結(jié)構(gòu)，電離層影響，正確量取天線高等因素。最大程度低減少誤差影響。

⑸ 外業(yè)實(shí)施過(guò)程中，要經(jīng)常性地聯(lián)測(cè)一些已知水準(zhǔn)點(diǎn)，隨時(shí)進(jìn)行高程比較，以避免氣候等不確定因素引起的觀測(cè)數(shù)據(jù)粗差。我們?cè)幸淮尾捎眯阅懿缓玫慕邮諜C(jī)，同時(shí)在外界環(huán)境較差的條件下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，所有基線都不合格，不能進(jìn)行基線解算和網(wǎng)平差計(jì)算。

在GPS測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)合理安排測(cè)量日程，選擇合適的站址，遠(yuǎn)離大面積平靜的水面，遠(yuǎn)離高大建筑物和高壓電線，認(rèn)真操作，精確平整對(duì)中，從而消除或減低 G PS 測(cè)量過(guò)程中誤差的影響。

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