武利平

（甘肅省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

對(duì)于GPS測(cè)量技術(shù)而言，其主要是通過(guò)空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)、用戶設(shè)備三者之間進(jìn)行信息交流，在交流過(guò)程中能夠保持信息數(shù)據(jù)的完整性，從而提高信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和效率，因而在工程測(cè)量過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用，避免了測(cè)量過(guò)程中人為誤差現(xiàn)象的發(fā)生，提高了測(cè)量信息結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

1 GPS控制測(cè)量平面精度

當(dāng)前，工程測(cè)量技術(shù)人員要想獲取準(zhǔn)確的平面精度測(cè)量數(shù)據(jù)十分方便，因?yàn)榧夹g(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)GPS通過(guò)控制網(wǎng)來(lái)獲取準(zhǔn)確的平面精度數(shù)據(jù)。但是，需要注意的一點(diǎn)是，技術(shù)人員在實(shí)現(xiàn)GPS控制網(wǎng)之前，應(yīng)該要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)控制網(wǎng)的形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，并根據(jù)實(shí)際情況 對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)與精度進(jìn)行控制。在利用GPS進(jìn)行平面測(cè)量時(shí)，應(yīng)該要將控制網(wǎng)分成不同的級(jí)別，便于實(shí)現(xiàn)逐級(jí)控制。在進(jìn)行工程測(cè)量時(shí)，選擇合適的測(cè)量方法是十分重要的，技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)工程的實(shí)際情況選擇測(cè)量方法[1]。

2 提高GPS 控制平面測(cè)量精度的方法

為了有效的提高工程測(cè)量中GPS控制平面測(cè)量的精度，采取一些有效的措施是十分有必要的。

2.1 同步測(cè)量法

利用GPS技術(shù)測(cè)量平面精度時(shí)必須要保證GPS的每一個(gè)控制點(diǎn)上都能夠測(cè)量到準(zhǔn)確讀、精度較高的數(shù)據(jù)信息。為了實(shí)現(xiàn)這一測(cè)量要求，技術(shù)人員在進(jìn)行平面鏡度測(cè)量時(shí)，應(yīng)該采用同步測(cè)量，這樣更有利于獲得精度較高的數(shù)據(jù)。

2.2 采取有效措施

為了有效地提高GPS平面測(cè)量的精度就應(yīng)該測(cè)量過(guò)程中采取相應(yīng)的方法，這些方法包括增加測(cè)量時(shí)間，利用激光測(cè)量網(wǎng)格邊距等。

3 高程測(cè)量精度誤差出現(xiàn)的原因

3.1 GPS大地高的測(cè)量精度

首先要利用GPS技術(shù)對(duì)大地高程觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，然后就能計(jì)算出GPS的正常高。由于GPS大地高程測(cè)量精度與衛(wèi)星誤差、衛(wèi)星鐘差、信號(hào)傳輸、電離層延遲等方面存在直接聯(lián)系，這就會(huì)在GPS測(cè)量系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)模型生成過(guò)程中產(chǎn)生一定的數(shù)據(jù)誤差。此外，如果GPS處于靜態(tài)狀態(tài)，這就需要操作人員在確定控制點(diǎn)并保證控制點(diǎn)準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，才能安裝信號(hào)接收設(shè)備。然而，在實(shí)際過(guò)程中，設(shè)備安裝時(shí)都會(huì)產(chǎn)生操作誤差或者在測(cè)量過(guò)程中，采樣時(shí)間沒(méi)有到達(dá)規(guī)定的時(shí)間要求，這都會(huì)降低結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2 公共點(diǎn)幾何水準(zhǔn)測(cè)量精度

在對(duì)高程異常值進(jìn)行計(jì)算和運(yùn)用時(shí)，工作人員會(huì)采用數(shù)學(xué)的方法。一般而言，利用GPS測(cè)量技術(shù)對(duì)高程進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量以后，技術(shù)人員必須對(duì)產(chǎn)生的誤差值與大地測(cè)量值產(chǎn)生的異常進(jìn)行有效的控制，這樣才能提高數(shù)值的準(zhǔn)確性。然而，由于測(cè)量點(diǎn)GPS大地高與對(duì)應(yīng)的幾何水準(zhǔn)高程測(cè)量值之間存在直接聯(lián)系，同時(shí)，操作人員會(huì)在控制幾何水準(zhǔn)高程測(cè)量值準(zhǔn)確性時(shí)會(huì)產(chǎn)生操作失誤，這便會(huì)降低公共點(diǎn)幾何水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果的精度。

3.3 GPS高程擬合的方法

對(duì)于傳統(tǒng)的高程測(cè)量方法而言，其不僅需要投入大量的勞動(dòng)力和資金成本，還存在觀測(cè)周期較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，同時(shí)，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)受到不同復(fù)雜地形的影響。因此，在利用水準(zhǔn)測(cè)量方法對(duì)工程高程進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要技術(shù)人員設(shè)置一定數(shù)量的GPS點(diǎn)，然后利用高程擬合技術(shù)對(duì)其它GPS點(diǎn)的高程進(jìn)行確定。然而，在實(shí)際操作過(guò)程中，如果操作人員沒(méi)有結(jié)合實(shí)際的測(cè)量規(guī)模而選擇不合適的擬合模型，這就會(huì)產(chǎn)生高程測(cè)量誤差的現(xiàn)象，從而降低結(jié)果的準(zhǔn)確性[2]。

4 在工程測(cè)量中高程精度控制的具體措施

4.1 選用高精度的GPS接收儀

對(duì)于工程測(cè)量過(guò)程而言，技術(shù)人員可以選擇性能更優(yōu)良的衛(wèi)星接收設(shè)備和更加先進(jìn)的GPS測(cè)量技術(shù)，這樣才能降低測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差的可能性。對(duì)于通常使用的GPS接收儀而言，如果儀器周圍產(chǎn)生較多的信號(hào)干擾或者需要測(cè)量的工程周圍地質(zhì)條件較為復(fù)雜，就極有可能產(chǎn)生信號(hào)干擾現(xiàn)象，從而使得測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生極大的誤差。因此，測(cè)量人員可以選用高精度的GPS接收儀，由于該接收儀器裝備了更高精度的計(jì)算方法，使用過(guò)程中能夠?qū)Ω蓴_信號(hào)和正常信號(hào)之間進(jìn)行有效的區(qū)分，同時(shí)也對(duì)傳輸和接收過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)值偏差存在較強(qiáng)的敏感性，因而就能提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]。

4.2 在適宜的天氣下進(jìn)行測(cè)量

一般而言，在大氣流層中會(huì)存在較多的干擾物質(zhì)，如果天氣較為復(fù)雜，那么便會(huì)降低GPS接收儀對(duì)信號(hào)接收的靈敏度，從而會(huì)產(chǎn)生信號(hào)失真現(xiàn)象，就會(huì)降低高程計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，利用GPS進(jìn)行工程測(cè)量工作時(shí)，首先要在天氣較好的情況下使用GPS裝置，這樣才能確保得到最準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

4.3 對(duì)電離層誤差進(jìn)行修正

在使用GPS定位測(cè)量技術(shù)時(shí)，由于大氣層中存在電離層，那么會(huì)給GPS定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)的接收造成不利影響，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生GPS衛(wèi)星信號(hào)遭受干擾和反射的現(xiàn)象。因此，在利用GPS定位測(cè)量技術(shù)進(jìn)行平面與高程精度測(cè)量時(shí)，首先要對(duì)電離層誤差進(jìn)行修正，主要是通過(guò)構(gòu)建電離層修正模式來(lái)進(jìn)行的，這樣才能提高衛(wèi)星信號(hào)頻率測(cè)量的精準(zhǔn)度。此外，在開展實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，可以采用多頻觀測(cè)的方式來(lái)對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行修正，在同一個(gè)測(cè)量點(diǎn)多測(cè)量幾組數(shù)據(jù)并將多個(gè)偽距離進(jìn)行測(cè)量，從而就能提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖1 電離層誤差修正示意圖

（1）多頻觀測(cè)。對(duì)于多頻觀測(cè)法而言，其主要是設(shè)置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)和多個(gè)偽距點(diǎn)，以觀測(cè)點(diǎn)為中心，對(duì)其他偽距點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)在偽據(jù)點(diǎn)不同信號(hào)穿過(guò)電離層并經(jīng)電離層折射和反射情況下，頻率的變化規(guī)律就能得到準(zhǔn)確的測(cè)量值。然后將對(duì)不同偽距點(diǎn)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而就能得到準(zhǔn)確的誤差值并對(duì)其進(jìn)行更改，這樣就提高了GPS的測(cè)量精度。

（2）電離層模型。一般而言，對(duì)單頻GPS接收儀，其在進(jìn)行測(cè)量過(guò)程中會(huì)利用導(dǎo)航電文提供的電離層模型，這樣就能對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的誤差參數(shù)進(jìn)行修正。此外，在導(dǎo)航電文的電離層模型中輸入修正之后的測(cè)量結(jié)果參數(shù)并對(duì)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，從而就能對(duì)結(jié)果進(jìn)行再次的修正并提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（3）同步觀測(cè)。對(duì)于同步觀測(cè)法而言，其主要是將另一臺(tái)GPS接收測(cè)量?jī)x安裝在一個(gè)測(cè)量點(diǎn)上，然后結(jié)合GPS接收測(cè)量?jī)x所獲取的信號(hào)對(duì)結(jié)果進(jìn)行精準(zhǔn)的計(jì)算，從而就能提高電離層測(cè)量數(shù)值的精度。此外，選擇同步觀測(cè)法時(shí)，一般要選擇兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)且兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)之間的距離不能超過(guò)20千米并同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，以觀測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)參數(shù)進(jìn)行修正，從而就能降低結(jié)果誤差。

4.4 完善大地高測(cè)量的方法

（1）選擇合適的站址。對(duì)于工程測(cè)量過(guò)程而言，觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置是否合理與工程量測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性之間存在直接聯(lián)系。因此，雖然對(duì)各觀測(cè)站點(diǎn)沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但只有結(jié)合實(shí)際的測(cè)量環(huán)境，合理的選擇觀測(cè)點(diǎn)并制定完善的站址選擇方案，這樣才能提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（2）運(yùn)用同步觀測(cè)求取差值。在平面與高程精度測(cè)量過(guò)程中，如果利用同步求差法，就需要測(cè)量人員對(duì)該理論依據(jù)有著充分且完整的認(rèn)識(shí)，這樣才能獲得最精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果。一般而言，如果觀測(cè)距離小于20km，則衛(wèi)星星歷誤差、對(duì)流層、電離層都會(huì)給同步觀測(cè)站測(cè)量的結(jié)果造成不利影響，此時(shí)，就需要利用同步求差法來(lái)降低測(cè)量誤差。

（3）確保天線高的正確量取。對(duì)于天線高測(cè)量誤差而言，其是產(chǎn)生高程精度誤差的主要原因之一。因此，在對(duì)工程的平面與高程精度進(jìn)行測(cè)量過(guò)程中，工作人員要重點(diǎn)關(guān)注天線高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，如果測(cè)量工作需要在野外開展，那么要將天線的斜高作為測(cè)量值，然后將天線的圓盤分成間隔、角度均勻的三個(gè)方向，然后以不同方向的天線圓盤為基準(zhǔn)，對(duì)天線高程進(jìn)行測(cè)量，這樣就能將測(cè)量結(jié)果的誤差控制在三毫米范圍內(nèi)。最后，對(duì)三處測(cè)量結(jié)果取平均值，從而就能得到最準(zhǔn)確的結(jié)果。此外，由于不同天線的類型會(huì)給天線高的測(cè)量結(jié)果帶來(lái)一定的差異性，因而要加強(qiáng)對(duì)天線相位中心高度的控制力度。

4.5 天線測(cè)量精度

在工程測(cè)量中利用GPS技術(shù)對(duì)平面和高程精度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，工作人員要對(duì)天線測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行綜合分析，充分考慮不同結(jié)果產(chǎn)生誤差的原因，同時(shí)，如果測(cè)量過(guò)程中天線呈現(xiàn)發(fā)散的狀態(tài)，那么工作人員要結(jié)合實(shí)際的測(cè)量需求對(duì)天線的工作形態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查并調(diào)整，只有將天線放置在正確位置并對(duì)測(cè)量結(jié)果的精度進(jìn)行改正，提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.6 選擇合適的高程擬合數(shù)學(xué)模型

一般而言，測(cè)量人員在對(duì)大地水準(zhǔn)面進(jìn)行擬合時(shí)，都會(huì)選用數(shù)學(xué)曲面構(gòu)建法，利用該方法來(lái)對(duì)大地水準(zhǔn)面進(jìn)行擬合能夠提高不同GPS測(cè)量點(diǎn)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)，利用該方法也能夠?qū)⒋郎y(cè)量點(diǎn)的正常高值準(zhǔn)確地計(jì)算出來(lái)。因此，在工程實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，要針對(duì)測(cè)量的需求以及結(jié)果的精度選擇合適的高程擬合法，應(yīng)用樣條函數(shù)法、平面擬合法、二次曲面擬合法都能提高測(cè)量結(jié)果的精度。一般而言，在利用高程擬合數(shù)學(xué)模型時(shí)，二次擬合法是應(yīng)用最廣的一種方法，利用該方法能夠得到最小的高程誤差值。

圖2 高程擬合模型示意圖

4.7 強(qiáng)化控制點(diǎn)的布設(shè)

測(cè)量人員只有提高高程起算點(diǎn)的準(zhǔn)確性，才能保證其他控制點(diǎn)高程值測(cè)量的精度。因此，對(duì)于工程測(cè)量過(guò)程而言，技術(shù)人員必須針對(duì)實(shí)際的測(cè)量范圍選擇合適數(shù)量的工程測(cè)量點(diǎn)并加強(qiáng)控制點(diǎn)布設(shè)工作的控制力度。一般而言，在對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行布置過(guò)程中，其選擇最少的水準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量不得小于六個(gè)，而且，要保證這六個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)在分布過(guò)程中都能處于均勻的狀態(tài)，只有提高控制點(diǎn)分布的合理性與均勻性，才能保證高程起算點(diǎn)測(cè)量結(jié)果的精度和穩(wěn)定度。此外，如果需要測(cè)量的范圍較大，那么技術(shù)人員在利用GPS測(cè)量技術(shù)時(shí)，可以利用分區(qū)構(gòu)建擬合模型的方法來(lái)合理的布置控制點(diǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于GPS測(cè)量技術(shù)而言，其能夠適用于不同的地質(zhì)條件和環(huán)境，是一種全天候的作業(yè)方式，同時(shí)獲得的數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果較為準(zhǔn)確，因而被廣泛的使用在工程測(cè)量過(guò)程中。相比于傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)而言，GPS測(cè)量技術(shù)能夠在提高測(cè)量準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上提高測(cè)量效率。然而，其在實(shí)際使用過(guò)程中依然存在一些問(wèn)題，這就需要技術(shù)人員在利用GPS測(cè)量技術(shù)時(shí)對(duì)其進(jìn)行合理的控制，這樣才能完全發(fā)揮該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，從而才能得到最準(zhǔn)確的平面與高程測(cè)量精度。