GPS高程測量誤差探討

于景杰

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080)

全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)簡稱GPS，是美國從20世紀70年代開始研制，歷時20 a，耗資200億美元，于1994年全面完成，利用空間衛(wèi)星進行測時、測距進行全方位實時三維定位的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。其后，已廣泛應(yīng)用于各個測量領(lǐng)域。但GPS測量帶來的誤差也不能忽視，為了更好的應(yīng)用于測量中，下面探討分析GPS測量的誤差。

1 GPS高程測量的基本原理

GPS能夠精確地測出空間任意一點的空間大地坐標，也就是測量人員常說的美國WGS-84坐標系，這個坐標系統(tǒng)是由X、Y、Z組成，X和Y分別代表平面坐標，Z代表高程。X、Y利用當?shù)亟?jīng)度和緯度可直接進行坐標轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成地面任意一點的平面坐標。而Z則無法直接進行轉(zhuǎn)換，要利用當?shù)氐母叱坍惓Ｖ颠M行計算，由于地面高程異常值無法直接求得，要把Z值直接轉(zhuǎn)換成我國正在使用的正常高(或海拔高)，目前還受多方面的影響，因此，我們在測量時，要進行點校正，把當?shù)匾延姓８吆推矫孀鴺说狞c再測出WGS-84坐標系，然后利用這兩個系統(tǒng)進行相對點糾正，求出空間軌道參數(shù)，再利用這個參數(shù)進行地面點的平面和高程測量。

2 影響高程變化的主要因素

1)GPS測量誤差大致可分為三大部分:GPS信號誤差(包括星歷誤差和SA，AS影響);GPS信號傳輸誤差(包括電離層延遲誤差，對流層延遲誤差和多路徑傳播誤差以及由它們影響或產(chǎn)生的周跳);GPS接收機誤差(包括GPS鐘誤差，通道間的偏差，天線相位中心偏差)等。這些誤差，不是人為誤差，無法避免，只能通過判斷分析盡量減少它們的產(chǎn)生。

2)GPS網(wǎng)也是影響高程變化的主要因素，一般在布設(shè)GPS網(wǎng)時就注意以下幾個問題:

①網(wǎng)中的三角形應(yīng)盡量布成等邊三角形，避免大長邊和小短邊相鄰，這樣在平差時最弱點的平面配付值就小，精度高。

②在布網(wǎng)時盡量避免強磁場的干擾，遠離雷達站、發(fā)射臺、電臺以及高壓線等。

③在布網(wǎng)時盡量避開多路徑影響，遠離易產(chǎn)生反射的物體，如高大建筑物、平凈的大面積水面、石頭山坡等。

④多聯(lián)測已知點，使已知點控制在整個網(wǎng)形的周圍。

3)已知點的精度誤差，已知點無論是平面精度低還是高程精度低，都影響其正常高的解算，因為只要有一個精度低，求解出的軌道七參數(shù)都是偽參數(shù)，用偽參數(shù)再進行計算的數(shù)值都是偽值，雖然沒有誤差積累，但是它的測量誤差比已知點的精度還要低一級。

4)測量人員的誤差，測量人員在測量時，對儀器高度的量取有一定的誤差，對接收天線的量取也有一定的誤差，這兩個誤差直接影響到測量成果的精度，是一個影響高程變化的主要因素。

表1 廣州中海達GPS高程測量技術(shù)指標

3 GPS高程測量的優(yōu)點

1)在精度允許的情況下，采用RTK進行測量，各測站點之間沒有高程誤差累積，各測站高程主要和主站的高程精度有關(guān)，另外也和主站的儀器高，移動站的天線高有關(guān)。

2)各測站之間無需通視，傳統(tǒng)方法無論是水準儀還是經(jīng)緯儀或全站儀，都需要各測站之間通視，進行高程傳遞，GPS則改變這一傳統(tǒng)觀念，不用高程傳遞，高程只和基準站高程有關(guān)。

3)測站點高程，不受測站之間的間距影響，不進行整體平差。

4)操作簡便，容易學，節(jié)省人力，不用記錄員和立尺員，只用一名觀測操作員即可。

4 結(jié)論與建議

1)為了更好的提高GPS高程測量精度，在測量前應(yīng)在圖上布設(shè)好控制網(wǎng)的網(wǎng)形，力求網(wǎng)形精度高，實地測量時，要考慮到各種可能影響高程變化的因素。

2)靜態(tài)測量時，要按相應(yīng)等級相應(yīng)時間進行測量，并且多測量十分鐘左右，這樣在計算時，可剔除各種不好的信息和星歷時段，剩余的有效時段也能達到相應(yīng)等級要求的時段，這樣能保證有更高的精度。動態(tài)RTK測量時，一定要信號穩(wěn)定，滿足水平和垂直限差后，達到窄帶固定解時再進行測量。

3)在測區(qū)面積不大的平坦地區(qū)，特別是測區(qū)高程異常變化有規(guī)律地區(qū)，已知點分布均勻的情況下 ，RTK高程能夠達到厘米級的精度。完全可以代替等外水準，且精度隨著起算點精度的提高而提高，若已知點布設(shè)合理、精度滿足 ，高程擬合的精度可以達到四等幾何水準的精度。

［1］ 陳永勤，吳爾林.GPS水準高程測量方法研究與探討.水利水電科技進展，2001，145(3).

［2］ 張前勇，汪雷.GPS高程測量精度分析.湖北民族學院學報(自然科學版)，2008，422(4).