淺談工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析

張賢勇

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)與信息技術(shù)的共同發(fā)展與進(jìn)步，GPS技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，并且廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，尤其是在工程測量中，GPS測量技術(shù)發(fā)揮了非常重要的作用。但是，GPS也存在一定的弊端，比如與傳統(tǒng)的測量方法相比，GPS控制量測的方法并沒有那么直觀，而且測量出來的平面精度以及高程精度難以滿足當(dāng)下工程建設(shè)的需求。因此，該文結(jié)合相關(guān)理論知識與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對GPS控制測量平面與高程精度進(jìn)行深入的研究分析。旨在促進(jìn)GPS控制測量技術(shù)得到進(jìn)一步的改進(jìn)與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：工程測量 GPS控制測量 平面 高程 精度

中圖分類號：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0009-02

20世紀(jì)80年代，GPS測量技術(shù)在美國被研發(fā)，并且隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，GPS測量技術(shù)在20世紀(jì)90年代就已經(jīng)投入使用并得到了廣泛應(yīng)用。GPS技術(shù)主要由空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)以及用戶設(shè)備三個部分組成。GPS導(dǎo)航定位主要是通過接收衛(wèi)星發(fā)射出來的無線電信號實(shí)現(xiàn)的。所以，自GPS技術(shù)發(fā)展以來，不僅為國防經(jīng)濟(jì)與軍事建設(shè)提供了重要的服務(wù)，同時(shí)也應(yīng)用到了社會其他各個領(lǐng)域，使GPS測量技術(shù)日趨成熟。時(shí)至今日，GPS測量技術(shù)已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)的測量技術(shù)。該文主要對影響高程精度的因素進(jìn)行分析，并提出應(yīng)對措施。

1 影響高程測量精度的因素分析

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，造成高程誤差的主要因素有以下幾點(diǎn)：

1.1 GPS大地高的測量精度

只有在獲得精準(zhǔn)度比較高的GPS大地高程觀測數(shù)據(jù)才能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出GPS正常高。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對GPS大地高測量精度造成影響的因素主要有與衛(wèi)星誤差相關(guān)的相對論效應(yīng)、衛(wèi)星鐘差一級衛(wèi)星星歷誤差，與信號傳輸相關(guān)的對流層延遲、多路徑效應(yīng)以及電離層延遲等以及與接收設(shè)備有關(guān)的天線整平誤差、天線對中誤差等。除此之外，與系統(tǒng)生成的模型誤差也有一定的關(guān)聯(lián)。當(dāng)GPS進(jìn)行靜態(tài)測繪時(shí)，必須要保證控制點(diǎn)的準(zhǔn)確性，并安裝一定數(shù)量的信號接收設(shè)備。但是在實(shí)際的測量控制中，往往難以滿足以上要求，而且對采樣的觀察時(shí)間通常沒有達(dá)到既定的時(shí)間，所以很大程度上影響了高程測量的精度。

1.2 公共點(diǎn)幾何水準(zhǔn)測量精度

一般情況下，對測量點(diǎn)的高程異常值與大地高測量值值差進(jìn)行有效的控制就能得到正常值。計(jì)算高程異常值通常利用的是數(shù)學(xué)方法，在數(shù)值獲取過程中，與測量點(diǎn)的GPS大地高以及相應(yīng)的幾何水準(zhǔn)高程測量值的差值也有很大的關(guān)連。因此，要獲得精度較高的高程異常值，需要對水準(zhǔn)測量的精度進(jìn)行嚴(yán)格控制。

1.3 GPS高程擬合的方法

GPS高程擬合的基本原理是：由GPS測量技術(shù)得到大地高，由水準(zhǔn)測量獲得正常高，大地高與正常高之間的差值為高程異常。然后通過高程異常擬合出似大地水準(zhǔn)面，運(yùn)用相關(guān)計(jì)算法則得出未知測量點(diǎn)的高程異常。在傳統(tǒng)的測量方法中，由于工程量巨大、測量成本高、觀測時(shí)間長，所以很難得到精度較高的幾何水準(zhǔn)高程值，尤其是在地形較為復(fù)雜的地區(qū)，高程精度更加難以控制。

因此為了有效地避免高程誤差，可以應(yīng)用水準(zhǔn)測量方法來測量高程，也就是對少數(shù)GPS點(diǎn)實(shí)施高程測量，再通過高程擬合技術(shù)手段得出其他GPS點(diǎn)的高程。在實(shí)際的控制測量中，由于沒有選對合適的擬合模型，所以使得計(jì)算不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致了較大的高程誤差。

除了以上三個方面，公共點(diǎn)的分布也是影響高程精度的重要因素。通常滿足一定數(shù)量要求的控制點(diǎn)布設(shè)，能夠有效地促進(jìn)高程擬合的精度。

2 提高GPS高程測量精度的措施

結(jié)合工程測量中GPS控制測量平面與高程精度的影響因素的分析，此處提出幾點(diǎn)針對性的建議。

2.1 完善大地高測量的方法

大地高的測量方法對于保障高程的精度有著非常重要的作用，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，可以從以下幾個方面進(jìn)行改進(jìn)。

（1） 選擇合適的站址。在工程測量中，雖然對各觀測站點(diǎn)沒有非常嚴(yán)格的要求，但是合適的觀測點(diǎn)，對于工程量測有非常重要的作用。所以在實(shí)際的測量工作中，要結(jié)合工程環(huán)境，制定站址選擇方案。

（2）運(yùn)用同步觀測求取差值。實(shí)踐表明，同步求差法不僅具相對完整的理論依據(jù)，同時(shí)這一方法能夠?qū)⒄`差降至最低甚至是忽略不計(jì)。通常，在觀測距離小于20Km的情況下，兩個同步觀測站就容易受到衛(wèi)星星歷誤差、對流層以及電離層的影響，而同步求差法可以將這種誤差縮小。但是，同步觀測法如果沒有保證兩個觀測站的觀測同步進(jìn)行以及觀測站之間間距在20Km以內(nèi)，那么求取的差值無效。

（3）確保天線高的正確量取。天線高測量誤差是導(dǎo)致高程精度較差的重要原因，因此要加強(qiáng)對于天線高測量的重視。野外作業(yè)的情況下，應(yīng)將天線斜高作為測量值，將天線圓盤分成三個方向，且間隔角度大小均勻。然后分別對不同方向的天線高進(jìn)行測量，保證測量結(jié)果之間的誤差低于3mm，然后取其平均值。在野外作業(yè)這一過程中，會因?yàn)樗锰炀€的類型不一而使天線高有所變化，所以要控制好相位中心的高度。

2.2 使用合理的高程擬合方法

在實(shí)際的工程測量之中，通常會以數(shù)學(xué)曲面構(gòu)件的方法來擬合似大地水準(zhǔn)面，再以此計(jì)算中GPS測量點(diǎn)以及待測量點(diǎn)的正常高值。根據(jù)實(shí)踐分析，常應(yīng)用的擬合方法有二次曲面擬合法、平面擬合法、多面函數(shù)法以及樣條函數(shù)法，其中又以二次曲面擬合法應(yīng)用最多。與其他擬合方法相比，二次曲面擬合法更容易得到更加精確的高程異常值。當(dāng)然，由于觀測環(huán)境不同，采用的擬合方法也會有所不同。

2.3 加強(qiáng)控制點(diǎn)的布設(shè)

確保高程起算點(diǎn)的高精度是擬合出其他控制點(diǎn)高精度高程值的重要前提。所以，在實(shí)際的工程測量中要加強(qiáng)控制點(diǎn)的布設(shè)，確保高程起算點(diǎn)的穩(wěn)定性以及測量精度。不僅如此，擬合所需的水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)盡可能分布均勻，數(shù)量應(yīng)在6個以上。當(dāng)工程測量地形復(fù)雜、測量范圍大的情況下，可以采用分區(qū)建立擬合模型的方法來提高高程擬合的精度。

3 結(jié)語

GPS 測量技術(shù)不僅應(yīng)用范圍廣、定位精準(zhǔn)、簡單易操作，而且還能全天候作業(yè)，所以在工程建設(shè)規(guī)模與數(shù)量不斷擴(kuò)大的前提下得到了更加廣泛的應(yīng)用。采用GPS測量技術(shù)來完成工程測量工作，是當(dāng)前工程發(fā)展的一種新趨勢。GPS測量技術(shù)相對于傳統(tǒng)的工程測繪技術(shù)而言，大大提高了工程建設(shè)效率。雖然GPS在控制測量平面與高程精度的過程中存在一系列的不足，但是只要在實(shí)踐中進(jìn)行不斷地改進(jìn)與完善，GPS測量技術(shù)將發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 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)，2012，3（18）：56-58.

[2] 劉明學(xué).GPS高程轉(zhuǎn)換在公路高程控制測量中的應(yīng)用研究[D].長安大學(xué)，2012，7（18）：44-45.

[3] 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，2014，1（30）：221.

[4] 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（21）：220.

[5] 張高興，陳建水，郭達(dá)志.山區(qū)城市GPS控制測量及其高程精度分析[J].測繪通報(bào)，2006，11（21）：29-31.