GPS控制测量在工程测量中的高程精度分析

GPS控制测量在工程测量中的高程精度分析

张文博

长沙环境保护职业技术学院湖南省410000

摘要：我国的经济和科技正在不断地向前发展，GPS这项技术在人们生活中的应用也越来越广泛，它在工程测量中的应用，对于我国的工程相关建设有着非凡的意义，能够极大程度上改进传统测量方法极易受到季节、天气等因素影响的缺点。因而近年来，此项技术在我国各项工程测量中都有了一个较为全面且科学的应用，极大程度上提高了精准度，降低了工程成本。

关键词：GPS控制测量；工程测量；高程精度

一、分析高程测量精度的影响因素

上世纪八十年代开始，GPS测量技术开始逐步应用于实际工作中，具体来说包括地面监控系统、空间卫星星座及用户设备等部分来完成测量工作，然而应用GPS控制测量精度不能实现直观控制的目的，同时目前的GPS商业平差软件也不能保证精度的可靠性。下面我们主要针对高程测量精度的影响因素进行总结及分析。

1、GPS大地高测量精度

在工程测量中，只有获得了精准的大地高程数据，才能对GPS正常高进行准确计算。按照以往的经验来看，GPS大地高测量精度的影响因素是多方面的，卫星误差相对论效应、信号传输对流层延迟、卫星钟差一级卫星星历误差等均是其影响因素。与此同时，CPS大地高测量精度误差的出现与系统生成模型误差也有一些联系。应用GPS技术进行静态测绘的过程中，一定要确保控制点的准确性，并安装足够数量的信号接收设备，但是，在测量控制过程中，以上要求很难得到满足，同时采样观察时间也很难得到原来的时问要求，因此高程测量精度也会受到很大影响。

2、公共点几何水准测量精度

通常有效控制大地高测量值值差与测量点高程异常值即可获得正常值，高程异常值计算中会用到数学方法，在获取数值的过程中，测量点GPS大地高于集合水准高程测量差二者之间会出现较大差值，该差值的出現会对高程测量精度产生较大影响。若不能对水准测量精度进行准确严格的控制，那么高程异常值精度则很难得到保证，这种情况下往往会出现高程精度上的误差。

3、GPS高程拟合方法

所谓GPS高程拟合是指利用GPS测量技术获得大地高，然后利用水准测量得到正常高，计算大地高于正常高二者之间差值，即可得到高程异常值。利用高程异常可以拟合得到大地水准面，利用相应的计算方法即可获得未知测量点的高程异常值。纵观多种传统测量方法，具有工程量大、观测时间长、测量成本高等通病，应用传统测量技术很难保证几何水准高程值的精度，特别是在一些复杂地形的地区，其高程精度更难控制。所以，为了避免高程误差的出现，通常可以利用水准测量的方式对高程进行测量，通过少数GPS点高程测量之后，利用高程拟合技术可以即刻获得其他GPS点高程。实际控制测量工作中，往往由于拟合模型选择不对，获得的结果也不准确，最终必然会造成较大高程误差的出现。

二、工程测量中GPS高程精度提升的措施

1、完善大地高测量的方法

大地高的测量方法对于保障高程的精度有着非常重要的作用，根据实践经验表明，可以从以下几个方面进行改进。

1.1选择合适的站址。在工程测量中，虽然对各观测站点没有非常严格的要求，但是合适的观测点，对于工程量测有非常重要的作用。所以在实际的测量工作中，要结合工程环境，制定站址选择方案。

1.2运用同步观测求取差值。实践表明，同步求差法不仅具相对完整的理论依据，同时这一方法能够将误差降至最低甚至是忽略不计。通常，在观测距离小于20Km的情况下，两个同步观测站就容易受到卫星星历误差、对流层以及电离层的影响，而同步求差法可以将这种误差缩小。但是，同步观测法如果没有保证两个观测站的观测同步进行以及观测站之间间距在20Km以内，那么求取的差值无效。

1.3确保天线高的正确量取。天线高测量误差是导致高程精度较差的重要原因，因此要加强对于天线高测量的重视。野外作业的情况下，应将天线斜高作为测量值，将天线圆盘分成三个方向，且间隔角度大小均匀。然后分别对不同方向的天线高进行测量，保证测量结果之间的误差低于3mm，然后取其平均值。在野外作业这一过程中，会因为所用天线的类型不一而使天线高有所变化，所以要控制好相位中心的高度。

2、强化控制点的布设

要想保证其他各控制点高程值的精度，就必须确保高程起算点的精度。因此，在工程测量过程中，相关技术人员需要不断强化控制点的布设工作，对控制点进行科学合理的布设，并严格控制高程起算点测量的精度及稳定度。如，在控制点布设过程中，要保证拟合所需的水准点数量大于等于6个，且注意这些水准点是否能够均匀分布。如果GPS测量技术需要进行范围较大的测区测量，工程测量人员可以通过分区构建拟合模型的方式进行控制点布设的强化。

3、合理运用高程拟合法

对大地水准面进行拟合的过程中，数学曲面构件法比较常用，利用该方法拟合大地水准面，可以确保GPS测量点计算的准确性，同时还能计算出待测量点的正常高值。具体来说，在实际工程测量工作中，应合理选择并利用高程拟合法，例如，应用样条函数法、平面拟合法及二次曲面拟合法等方法都能很好的达到测量要求。二次曲面拟合法是其中应用范围最广的一种方法；应用该测量法得到的高程异常值误差最小。具体在工程测量中，需要结合观测环境情况的不同对不同的拟合方法进行选择。

4、修正电离层误差

大气电离层影响卫星信号时，会出现信号反射、折射等问题，进而在接收信号过程中就会出现一定偏差，对高程测量精度造成不利影响。测量人员可以合理选择下列措施对电离层误差进行修正：

4.1多频观测修正。该方法是指一个测量点上对多个伪距进行测量，并计算出这些伪距测量值的折射率，最终得到折射改正数值；

4.2同步观测修正。该方法是指选择两个观测站，注意两个观测站之间的距离不能超过20km，同时观测，并以观测到的结果作为依据，对电离层测量精度进行计算，达到修正卫星信号参数精度的目的，从而有效降低误差。

4.3电离层模型修正。利用电离层模型可以修正卫星信号参数以及获得精准的参数，进而达到修正卫星信号参数精度的目的。

上述方法中同步观测修正是修正作用最大的一种方法，可以有效降低高程精度误差，经过修正之后获得的高程精度误差甚至可以达到忽略不计。

5、选择合适的高程拟合数学模型

在进行高程拟合测量的过程中，因数据换算出现的问题，也会使正常点与待测点的高程测量出现误差。一般采用平面拟合法、二次曲面拟合法、样条函数法以及多面函数法等进行计算，其中二次曲面拟合法计算得到的计算结果准确度较高，能够有效降低测量误差的出现，但受地质地形条件的限制，所以，计算起来相对复杂，耗费的时间也较多，一般，只有在进行大的工程量测算时才会用到。

结束语

当今社会，科技的不断进步给人们的生活带来了极大的便利，GPS在生活中的应用也愈发广泛。它也以一种不可逆转的姿态被应用在工程测算中，能极大程度上提高工程建设中的精细程度，节约人工测算耗费的时间。但是目前这个方法在工程测算中必须要结合实际情况，减少各项误差的产生。我国相关技术人员在GPS技术应用在工程测算中还要不断的对它进行研究，在这方面能有更为适合我国工程建设的创新，提高高程精度，保障各类工程的质量。

参考文献：

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[2]杨心力，徐其民.工程测量中GPS控制测量平面与高程精度研究[J].工程技术：全文版，2017（1）：00234-00234.

[3]贺世红.工程测量中探析GPS控制测量平面与高程精度[J].工程技术：文摘版：00259-00259.