穆　寧（安徽省水利水電勘測設(shè)計院勘測分院，安徽蚌埠233000）

工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析

穆寧（安徽省水利水電勘測設(shè)計院勘測分院，安徽蚌埠233000）

在工程測量中，GPS技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并逐步取代了傳統(tǒng)的測距和測角手段。一般在具有較大面積的面狀城市的基礎(chǔ)控制網(wǎng)測量中，能夠形成比較理想的GPS網(wǎng)形。但是在很多工程測量中，由于存在較少的已知點，GPS控制網(wǎng)的精度可能會受到影響。本文對GPS技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用進行了簡要的分析，并分析了影響GPS高程測量精度的主要因素，以及提高GPS高程測量精度的具體途徑。

GPS控制測量平面；高程精度；工程測量

引言

20世紀80年代開始，GPS測量技術(shù)開始出現(xiàn)并逐步投入使用，其主要包括用戶設(shè)備、地面監(jiān)控系統(tǒng)和空間衛(wèi)星星座，衛(wèi)星所發(fā)射的無線電信號會由GPS導(dǎo)航定位接受，從而完成測量工作。然而GPS控制測量的精度難以進行直觀的控制，當前GPS商業(yè)平差軟件也不能顯示出可靠的精度。而且在GPS控制測量中，如果缺少理想的網(wǎng)形條件，往往會產(chǎn)生較大的高程誤差。

1　GPS控制在工程測量中的應(yīng)用

1.1應(yīng)用實例1

以某礦區(qū)的GPS測量為例，具體GPS網(wǎng)略圖如圖1。其中測區(qū)內(nèi)原有的導(dǎo)線點用D1、D2表示，該坐標系使用四等水準高程；C級GPS測量點用C4～C7表示，該坐標系使用的是二級水準高程，并以此作為起算的成果。在測量中每個時段都使用了6臺靜態(tài)GPS進行觀測，在平差計算中先將4個C級點作為已知點，然后在其中選擇3個C級點，以此為已知點，D1、D2和另一個C級點作為未知點進行計算。根據(jù)計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在平差位置較差方面，以各點為起算點的計算結(jié)果比較平均，沒有超過精度允許的范圍，最大的坐標較差是25mm，但是高程較差均已超出了允許誤差范圍，最大高程較差達到了0.678m，最小較差也達到了0.052m［1］。

1.2應(yīng)用實例2

某工程立足于已知點進行GPS控制測量，E級GPS網(wǎng)如圖2～3，其中C1～C4四個C級已知點屬于二級水準高程，以以上四點的高程作為該控制網(wǎng)的高程起算點。在實際測量中，測量區(qū)域高程 600～800m，E1、E2共點，C4高程 463m、C3高程396m、C2、C1兩個點的高程均為150余米。比較二圖可知，在網(wǎng)形結(jié)構(gòu)較差的情況下，平面位置不會受到太大的影響，但是會產(chǎn)生較大的高程誤差，E2的誤差達到了0.457m，E1的誤差達到了0.234m［2］。

圖1　某礦區(qū)GPS測量示意圖

圖2　某工程測量GPS網(wǎng)

2　造成GPS技術(shù)高程精度誤差的影響因素

2.1GPS高程擬合方法

GPS測量技術(shù)會對大地高進行測量，然后運用水準測量的方式將正常高得出來，二者的差值就是高程異常，再對其進行擬合，得出似大地水準面。此時只需運用一定的計算方法，就能夠?qū)ξ粗c的高程異常進行測量。為了克服傳統(tǒng)測量方法中幾何水準高程值的精度較低的問題，可以運用水準測量來對高程進行測量，減少高程誤差。這種方法是先測量少數(shù)GPS點的高程，再運用擬合手段將其他GPS點的高程計算出來。但是在實際應(yīng)用中如果擬合模型選擇不當，就會導(dǎo)致高程誤差過大［3］。

圖3　某工程測量GPS網(wǎng)

2.2公共點幾何水準測量精度

在正常情況下，要得到測量點的正常值，只需對其大地高測量值和高程異常值的值差進行控制即可。當前往往要運用數(shù)學方法來對高程異常值進行計算，在獲取數(shù)值的過程中，測量點的幾何水準高程測量差與GPS大地高之間的差值會產(chǎn)生較大的影響。如果沒有嚴格有效的控制水準測量的精度，就難以保證高程異常值的精度，容易出現(xiàn)高程精度誤差。

2.3GPS大地高的測量精度

要對GPS的正常高進行準確的計算，其前提條件就是GPS大地高程觀測數(shù)據(jù)的準確。系統(tǒng)生成模型誤差、天線對中誤差、天線整平誤差、接收設(shè)備問題、電離層延遲、多路徑效應(yīng)、對流層延遲、衛(wèi)星鐘差一級衛(wèi)星星歷誤差、關(guān)于衛(wèi)星誤差的相對論效應(yīng)等都會影響GPS大地高測量精度。如果是運用GPS技術(shù)進行靜態(tài)測繪，往往要保證信號接收設(shè)備的數(shù)量能夠滿足測量需要，并對控制點的準確性進行保證，但是在實際測量工作中往往難以確定采樣觀察時間，也難以保證信號接收設(shè)備的數(shù)量和控制點的準確，容易造成高程精度誤差。

在實際測量中還有一些主客觀因素也會對高程精度造成影響，例如測量現(xiàn)場有磁場、不適合測量的環(huán)境、天線高量取不準等［4］。

3　提高工程測量中GPS測量精度的具體途徑

3.1對控制點的布設(shè)進行強化

要對其他控制點的高程值精度進行保障，就必須保障高程起算點的精度。因此在工程測量中，應(yīng)該科學的布設(shè)控制點，對高程起算點的測量精度和穩(wěn)定性進行控制，而且擬合所需的水準點數(shù)量不得少于6個，并盡量均勻分布。對于范圍較大的測區(qū)，要提高高程擬合的精度，還可以分區(qū)進行擬合模型的構(gòu)建。

3.2對高程擬合法進行合理運用

在擬合似大地水準面時，數(shù)學曲面構(gòu)件法是一種比較常用的方法。通過該方法對大地水準面進行擬合之后，就可以對GPS測量點進行計算，并將待測量點的正常高值計算出來。在實際工程測量中，應(yīng)該對高程擬合法進行合理的選擇和運用，例如可以選擇二次曲面擬合法、樣條函數(shù)法、多面函數(shù)法、平面擬合法，其中應(yīng)用范圍最廣的是二次曲面擬合法，該方法得出的高程異常值具有相對較小的誤差。具體測量時也要根據(jù)不同的觀測環(huán)境來選擇不同的擬合方法［5］。

3.3準確量取天線高

如果天線高的測量存在誤差，也會對高程精度造成影響，而在實際測量中很多觀測者往往對天線高測量不夠重視。在進行野外測量時，應(yīng)該將天線的斜高作為測量值，將天線圓盤均分為三等分，然后將其分別放置在不同的方向，測量不同方向的天線高。天線高的測量誤差不得超過3mm，再對其平均值進行計算。不同的天線類型也會影響天線高，因此在野外測量時還要嚴格的控制相位中心的高度。

3.4修正電離層誤差

衛(wèi)星信號會受到大氣電離層的影響，造成信號的反射和折射，從而使信號接收的過程中出現(xiàn)偏差，影響高程精度。測量人員可以采取以下措施修正電離層誤差：①多頻觀測修正，也就是在一個測量點上測量多個偽距，然后將偽距測量值的折射率計算出來，得出折射改正數(shù)值。②同步觀測修正。選擇兩個觀測站，距離不超過20km，同時進行觀測，再以觀測結(jié)果為依據(jù)，計算電離層的測量精度，從而修正衛(wèi)星信號的參數(shù)精度，降低高程精度誤差。③電離層模型修正。運用電離層模型來對衛(wèi)星信號參數(shù)進行修正，在電離層模型中納入得出來的參數(shù)，然后進行對比，對衛(wèi)星信號的參數(shù)精度進行修正。以上三種方法中，修正作用最大的方法是同步觀測修正，能夠使高程精度誤差降到較低值，經(jīng)修正之后的高程精度誤差甚至可以忽略。

3.5選擇合適的測量基站、測量點和測量時間

如果測量范圍內(nèi)的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，往往容易產(chǎn)生較強的磁場，周圍的強磁場會影響衛(wèi)星信號接受儀對衛(wèi)星信號的接收，從而影響測量精度。因此應(yīng)該盡量不要選擇地質(zhì)條件過于復(fù)雜的區(qū)域來設(shè)置測量基站和測量點。盡管GPS控制測量受到氣候條件的影響不大，但是在測量時間的選擇上，還是要盡量避開不良天氣，避免對流層中的塵埃干擾衛(wèi)星信號，或者過強的空氣對流影響衛(wèi)星信號的接收。要盡量避免測量誤差，應(yīng)該選擇天氣狀況較好的時間段進行工程測量。

4　結(jié)語

GPS測量技術(shù)已經(jīng)在很多工程測量中得到了應(yīng)用，其具有功能齊全、測量效率高的優(yōu)點，然而在平面和測量高程精度方面仍然存在一定的問題，很多因素都會對GPS控制測量的高程精度造成影響。因此必須進一步加強對GPS控制測量技術(shù)進行探討和研究，繼續(xù)提高GPS控制測量的精度，發(fā)揮其在工程測量中的應(yīng)用價值。

［1］葉志剛.工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014（01）.

［2］趙行鋒.工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析［J］.中外企業(yè)家，2014（08）.

［3］蘇志華，周春柏，劉晚霞.工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析［J］.測繪通報，2012（03）.

［4］馬保軍.淺析網(wǎng)絡(luò)RTK高程精度的分析及在實際中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013（21）.

［5］徐肖豪，楊傳森，劉瑞華.GNSS用戶端自主完好性監(jiān)測研究綜述［J］.航空學報，2013，34（3）.

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2016-8-30