工程測量中應用GPS控制測量平面及高程精度控制建議

摘要：GPS（Global Positioning System）是全球定位系統(tǒng)的簡稱，它最開始是美國國防部為達到軍事上的精密導航而設計的高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng)。它具備高效率、全方位、多功能、抗干擾等特點和優(yōu)勢，目前已被世界各國在不同領域所應用。GPS技術在工程測量中的應用是一項重大技術革命，本文對影響GPS高程精度的要素進行分析，并就如何對高程精度進行控制提出對策，希望對相關行業(yè)工作者提出參考性建議。

關鍵詞：GPS；衛(wèi)星定位系統(tǒng)；工程測量；高程精度

1 概述

自上世紀七八十年代以來，GPS技術最先在美國被研發(fā)出來，經過快速的發(fā)展，到九十年代已被全世界范圍內應用于各個領域。該技術主要由三部分構成，即空間衛(wèi)星系統(tǒng)、地面監(jiān)測系統(tǒng)以及用戶設備。其定位功能主要是通過衛(wèi)星系統(tǒng)接收來自衛(wèi)星發(fā)出的無線電信號完成的，不僅能為軍事、國防提高重要的數據支撐，也對人們生產生活的領域提供了便利，到目前為止，在工業(yè)生產方面幾乎代替了所有傳統(tǒng)測量技術。在工程測量中，使用GPS技術進行控制測量平面主要有幾大流程，首先，要收集測量區(qū)域的資料，按照作業(yè)要求選擇合適的布點，根據地形、接收機情況和衛(wèi)星情況對布點進行考察與設計。其次，進行外業(yè)觀測作業(yè)，所謂外業(yè)觀測就是對GPS信號進行獲取、接受和跟蹤，獲得數據后要對其進行備份，根據無線類型和時段將其進行存儲和修補測量。此外，工程測量要嚴格按照《全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范》中的規(guī)定的測量標準進行，其測量的任務、密度、時間、精度以及經濟指標都要嚴格達標。

2 影響GPS高程測量精度的主要原因

下面，我們從以下幾個方面就影響GPS高程測量精度的主要原因進行簡要分析。

2.1 難以獲得GPS大地高程的測量精度

高精度GPS測算的重要前提是獲得高精度GPS大地高程觀測數據。但后者受星歷誤差、相對論效應以及衛(wèi)星鐘差等不確定性因素的影響較大，同時，GPS大地高程觀測數據也與電離層與、對流層的延遲以及多路徑效應有關，此外，三維坐標和天線對中、整平誤差也是導致GPS大地高程觀察數據失準的重要因素。當GPS進行靜態(tài)定位時，以上數據的準確才能保證GPS高程測量數據的精確性。

2.2 難以獲得高精度幾何水準測量起算點

一般情況下，大地高與高程異常值之差就是控制測量點的數值，其中，高程異常值是可以擬合得出的，它與測量區(qū)域的幾何水準高程測量指也存在一定的比例關系，因此，若是想確保高程精度，就必須將幾何水準測量起算點測量精確。

2.3 GPS高程擬合方法

GPS高程擬合的基本原理是先測算出大地高與正常高之差，得到高程異常值，然后擬合大地水準面，得到未知點的高程異常值。雖然這種擬合方法能夠使測算數據保持較高的精度，但在實際操作中卻十分困難，如工作量大、費用高、時間長等，如遇到地形復雜的區(qū)域，測量程序會更加繁瑣。此后又研制出了水準測量法，要對大地水準面進行擬合模型，取少部分GPS點進行測量，通過多次測量去平均數來提高精度。

2.4 測量環(huán)境的復雜性和多變性

如果工程施工的地區(qū)環(huán)境較為惡劣，在此處測量的精度會受多方面因素影響，雖然理論上高程擬合方法能夠確保大地水準點的精確度，但由于實際施工中變化因素和不可控因素較多，難免對測量結果產生不利影響。

3 提高GPS高程測量精度的方法和建議

針對以上原因，我們從以下幾個方面就如何提高GPS高程測量的精度提出方法和建議。

3.1 根據大地高選取測量方法

首先，差值可以使用同步觀測量來獲取。其理論依據是在觀測距離不超過20米的范圍內，利用對流層對同步觀測站和衛(wèi)星星歷誤差的影響，使用同步求差法將誤差降低到最小。其次，選擇合適的站址。雖然沒必要使兩個GPS觀測站用肉眼就能看到，但還是要根據具體的測量環(huán)境，設計靈活性較強的站址。第三，正確量取天線高度。天線高度出現一絲的誤差，就會使高程測量出現大的失誤，尤其是在野外作業(yè)時，更要格外引起重視?？蓪⑻炀€的斜高作為測量值，將天線圓盤等分為三份，即120°一份，分別對三個方向進行測量，并使誤差小于5毫米，再對測量結果取平均值。

3.2 選擇高精度的GPS接收器

在用GPS進行工程測量時，衛(wèi)星信號的接收質量尤為關鍵，精度較低的接收器在敏感性和信號方面都較弱，尤其在地質條件復雜的區(qū)域易使測量結果存在較大偏差。因此要選用高精度的GPS接收器，采用正確的計算方式，使其準確判斷干擾信號和正常信號之間的區(qū)別。其次，對于一個點的測量可選用多臺接收器進行測量，通過差值和平均值來修正測量結果。

3.3 選擇晴朗的天氣測量

對流天氣對信號的干擾作用很大，會使GPS接受信號失真，使高程精度計算出現較大的偏差，因此在進行測量時，盡可能的選擇晴朗無風的天氣，不要在雷雨天氣和大風天氣時進行測量，避免自然條件的原因產生測量誤差。

3.4 選擇合理的測量基站和觀測點

由于地質條件的差異，使地下介質的密度有所不同，若是測量地點的附近存在高磁區(qū)域，會對測量結果產生較強干擾，因此，在選擇測量基站和觀測點的時候，盡量使周邊環(huán)境空曠，基站的間距較大，不少于500米，以確保實際策略的準確性。同時，要保證擬合水準點均勻分布，使其數量達到6個以上，地形不要有較大的差異。

4 總結

綜上所述，采用GPS技術進行測量是當前工程建設發(fā)展的一大趨勢，不僅提高了工作效率，降低了工作難度，也使精度得到了有效提升，雖然在GPS高呈精度控制方面還存在一些不足，但在實踐中加以完善，定會使其發(fā)揮更大的作用。

參考文獻：

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[2]錢俊錦.現階段數字化測繪技術在工程測量中的應用[J].城市建筑，2016.

作者簡介：孟芳（1971），女，漢族，吉林吉林人，本科，副高級工程師，水利工程測量。