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        工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析

        2016-10-18 03:15:06安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)院勘測分院安徽蚌埠233000
        低碳世界 2016年26期
        關(guān)鍵詞:測量點(diǎn)修正高程

        穆 寧(安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn),GPS控制網(wǎng)的精度可能會(huì)受到影響。本文對(duì)GPS技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用進(jìn)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(jì)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(hào)會(huì)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(jìn)行直觀的控制,當(dāng)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(huì)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(shí)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(diǎn)用D1、D2表示,該坐標(biāo)系使用四等水準(zhǔn)高程;C級(jí)GPS測量點(diǎn)用C4~C7表示,該坐標(biāo)系使用的是二級(jí)水準(zhǔn)高程,并以此作為起算的成果。在測量中每個(gè)時(shí)段都使用了6臺(tái)靜態(tài)GPS進(jìn)行觀測,在平差計(jì)算中先將4個(gè)C級(jí)點(diǎn)作為已知點(diǎn),然后在其中選擇3個(gè)C級(jí)點(diǎn),以此為已知點(diǎn),D1、D2和另一個(gè)C級(jí)點(diǎn)作為未知點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn),在平差位置較差方面,以各點(diǎn)為起算點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果比較平均,沒有超過精度允許的范圍,最大的坐標(biāo)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(dá)到了0.678m,最小較差也達(dá)到了0.052m[1]。

        1.2應(yīng)用實(shí)例2

        某工程立足于已知點(diǎn)進(jìn)行GPS控制測量,E級(jí)GPS網(wǎng)如圖2~3,其中C1~C4四個(gè)C級(jí)已知點(diǎn)屬于二級(jí)水準(zhǔn)高程,以以上四點(diǎn)的高程作為該控制網(wǎng)的高程起算點(diǎn)。在實(shí)際測量中,測量區(qū)域高程 600~800m,E1、E2共點(diǎn),C4高程 463m、C3高程396m、C2、C1兩個(gè)點(diǎn)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(huì)受到太大的影響,但是會(huì)產(chǎn)生較大的高程誤差,E2的誤差達(dá)到了0.457m,E1的誤差達(dá)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(huì)對(duì)大地高進(jìn)行測量,然后運(yùn)用水準(zhǔn)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(duì)其進(jìn)行擬合,得出似大地水準(zhǔn)面。此時(shí)只需運(yùn)用一定的計(jì)算方法,就能夠?qū)ξ粗c(diǎn)的高程異常進(jìn)行測量。為了克服傳統(tǒng)測量方法中幾何水準(zhǔn)高程值的精度較低的問題,可以運(yùn)用水準(zhǔn)測量來對(duì)高程進(jìn)行測量,減少高程誤差。這種方法是先測量少數(shù)GPS點(diǎn)的高程,再運(yùn)用擬合手段將其他GPS點(diǎn)的高程計(jì)算出來。但是在實(shí)際應(yīng)用中如果擬合模型選擇不當(dāng),就會(huì)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(diǎn)幾何水準(zhǔn)測量精度

        在正常情況下,要得到測量點(diǎn)的正常值,只需對(duì)其大地高測量值和高程異常值的值差進(jìn)行控制即可。當(dāng)前往往要運(yùn)用數(shù)學(xué)方法來對(duì)高程異常值進(jìn)行計(jì)算,在獲取數(shù)值的過程中,測量點(diǎn)的幾何水準(zhǔn)高程測量差與GPS大地高之間的差值會(huì)產(chǎn)生較大的影響。如果沒有嚴(yán)格有效的控制水準(zhǔn)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(duì)GPS的正常高進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算,其前提條件就是GPS大地高程觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。系統(tǒng)生成模型誤差、天線對(duì)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(duì)流層延遲、衛(wèi)星鐘差一級(jí)衛(wèi)星星歷誤差、關(guān)于衛(wèi)星誤差的相對(duì)論效應(yīng)等都會(huì)影響GPS大地高測量精度。如果是運(yùn)用GPS技術(shù)進(jìn)行靜態(tài)測繪,往往要保證信號(hào)接收設(shè)備的數(shù)量能夠滿足測量需要,并對(duì)控制點(diǎn)的準(zhǔn)確性進(jìn)行保證,但是在實(shí)際測量工作中往往難以確定采樣觀察時(shí)間,也難以保證信號(hào)接收設(shè)備的數(shù)量和控制點(diǎn)的準(zhǔn)確,容易造成高程精度誤差。

        在實(shí)際測量中還有一些主客觀因素也會(huì)對(duì)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(zhǔn)等[4]。

        3 提高工程測量中GPS測量精度的具體途徑

        3.1對(duì)控制點(diǎn)的布設(shè)進(jìn)行強(qiáng)化

        要對(duì)其他控制點(diǎn)的高程值精度進(jìn)行保障,就必須保障高程起算點(diǎn)的精度。因此在工程測量中,應(yīng)該科學(xué)的布設(shè)控制點(diǎn),對(duì)高程起算點(diǎn)的測量精度和穩(wěn)定性進(jìn)行控制,而且擬合所需的水準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量不得少于6個(gè),并盡量均勻分布。對(duì)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(jìn)行擬合模型的構(gòu)建。

        3.2對(duì)高程擬合法進(jìn)行合理運(yùn)用

        在擬合似大地水準(zhǔn)面時(shí),數(shù)學(xué)曲面構(gòu)件法是一種比較常用的方法。通過該方法對(duì)大地水準(zhǔn)面進(jìn)行擬合之后,就可以對(duì)GPS測量點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算,并將待測量點(diǎn)的正常高值計(jì)算出來。在實(shí)際工程測量中,應(yīng)該對(duì)高程擬合法進(jìn)行合理的選擇和運(yùn)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(duì)較小的誤差。具體測量時(shí)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(zhǔn)確量取天線高

        如果天線高的測量存在誤差,也會(huì)對(duì)高程精度造成影響,而在實(shí)際測量中很多觀測者往往對(duì)天線高測量不夠重視。在進(jìn)行野外測量時(shí),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(duì)其平均值進(jìn)行計(jì)算。不同的天線類型也會(huì)影響天線高,因此在野外測量時(shí)還要嚴(yán)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(hào)會(huì)受到大氣電離層的影響,造成信號(hào)的反射和折射,從而使信號(hào)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(gè)測量點(diǎn)上測量多個(gè)偽距,然后將偽距測量值的折射率計(jì)算出來,得出折射改正數(shù)值。②同步觀測修正。選擇兩個(gè)觀測站,距離不超過20km,同時(shí)進(jìn)行觀測,再以觀測結(jié)果為依據(jù),計(jì)算電離層的測量精度,從而修正衛(wèi)星信號(hào)的參數(shù)精度,降低高程精度誤差。③電離層模型修正。運(yùn)用電離層模型來對(duì)衛(wèi)星信號(hào)參數(shù)進(jìn)行修正,在電離層模型中納入得出來的參數(shù),然后進(jìn)行對(duì)比,對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的參數(shù)精度進(jìn)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(diǎn)和測量時(shí)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(qiáng)的磁場,周圍的強(qiáng)磁場會(huì)影響衛(wèi)星信號(hào)接受儀對(duì)衛(wèi)星信號(hào)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(diǎn)。盡管GPS控制測量受到氣候條件的影響不大,但是在測量時(shí)間的選擇上,還是要盡量避開不良天氣,避免對(duì)流層中的塵埃干擾衛(wèi)星信號(hào),或者過強(qiáng)的空氣對(duì)流影響衛(wèi)星信號(hào)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(shí)間段進(jìn)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(diǎn),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(huì)對(duì)GPS控制測量的高程精度造成影響。因此必須進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)GPS控制測量技術(shù)進(jìn)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(jià)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(bào),2012(03).

        [4]馬保軍.淺析網(wǎng)絡(luò)RTK高程精度的分析及在實(shí)際中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),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(xué)報(bào),2013,34(3).

        P228.4

        A

        2095-2066(2016)26-0115-02

        2016-8-30

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