工程測量中GPS控制測量平面與高程精度的研究

馬 長 清

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

由于GPS測量技術(shù)應(yīng)用的強大優(yōu)勢，在各種工程中被廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用設(shè)備攜帶方便，與傳統(tǒng)測量方式相比大大提升了效率。GPS測量技術(shù)是在綜合利用衛(wèi)星定位技術(shù)與遙感技術(shù)得以實現(xiàn)的，在進行作業(yè)操作時，要計算衛(wèi)星的運行軌跡，還要考慮大氣層情況以及發(fā)射與接收設(shè)備等因素的影響，如果大氣對流層中反射的物質(zhì)比較多，就會干擾到信號的傳輸，從而影響到高程測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。而且大部分工程測量具有的已知點相對較少，已知點位置分布不合理、網(wǎng)狀不佳等情況，使其水準(zhǔn)測量很難進行，這就使得GPS測量時，難以保障控制網(wǎng)的精準(zhǔn)度，在測量過程中，高程精度誤差相對比較明顯。

1 GPS測量技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

在目前的工程建設(shè)項目中，由于工程建設(shè)工藝的復(fù)雜以及環(huán)境的種種限制，許多傳統(tǒng)的測量設(shè)備難以滿足需要，而GPS測量儀器由于其便攜高效的特點被廣泛應(yīng)用。GPS測量技術(shù)依托于遙感技術(shù)與衛(wèi)星定位技術(shù)，通過無線電發(fā)射與接收設(shè)備可以高效率、高質(zhì)量、低成本的獲取測量數(shù)據(jù)。圖1為某測量區(qū)的D級GPS網(wǎng)略圖，D1與D2為改測量區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)線點，坐標(biāo)系中高程使用四等水準(zhǔn)；C4～C7為GPS測量C級測量點，坐標(biāo)系為二級水準(zhǔn)高程。然后利用GPS控制測量技術(shù)對測量區(qū)進行測量作業(yè)，此次作業(yè)將使用8臺靜態(tài)GPS測量儀，測量得到的數(shù)據(jù)也將進行平差處理，首先將4個C級測量點作為已知點進行計算，然后將三個C級點作為已知點，剩余的一個C級點與點D1和D2作為未知點進行計算。通過計算發(fā)現(xiàn)平面坐標(biāo)精度滿足規(guī)范要求，但是最大高程誤差為0.613，最小高程誤差為0.049。

2 GPS控制測量平面和高程精度的主要因素

2.1 高程擬合法

GPS控制測量平面和高程精度，實際就是利用衛(wèi)星定位技術(shù)對測量數(shù)據(jù)進行計算，因此衛(wèi)星的信號傳輸就顯得尤為重要，衛(wèi)星信號的質(zhì)量直接影響著測量結(jié)果。GPS測量系統(tǒng)主要就是通過地面設(shè)備與太空衛(wèi)星連接(衛(wèi)星數(shù)量要在3顆以上)對測量對象進行測量計算，整個作業(yè)流程比較復(fù)雜，需要多種設(shè)備支持，而且由于衛(wèi)星信號的傳輸路徑多，傳輸穩(wěn)定性控制難，還有各種自然現(xiàn)象的影響，都會對測量數(shù)控產(chǎn)生影響。

2.2 GPS大地高測量精度

根據(jù)以往的測量作業(yè)可以知道，GPS大地高測量精度差異的因素有很多。衛(wèi)星方面的因素有：衛(wèi)星鐘差誤差、相對論效應(yīng)以及衛(wèi)星星歷誤差等。信號傳播方面的因素有：對流層及電離層的延遲、多路徑效應(yīng)等。還有就是一開始選擇的模型有誤差，也會對GPS大地高測量精度產(chǎn)生影響。所以，在GPS測量前必須要對控制點的網(wǎng)形、接收機的總數(shù)、天氣狀況、衛(wèi)星狀況以及平差模型等進行科學(xué)設(shè)計，才能夠保證測量精準(zhǔn)。但是在實際的作業(yè)中上文中提到的各種因素很難同時滿足，并且觀測時間也難以達到既定要求，這都嚴(yán)重影響著高程精度。圖2為GPS點的H大地高與正常高程的關(guān)系(ε表示高程異常，H表示大地高，h表示正常高)。

3 提高GPS控制測量平面及高程精度的對策

3.1 高程擬合法的優(yōu)化

為提高GPS控制測量精度，可以通過以下幾個方面對高程擬合法進行優(yōu)化來實現(xiàn)：1)要充分對項目區(qū)域進行考察，控制點數(shù)量要根據(jù)測量項目的實際情況確定，例如，當(dāng)作業(yè)區(qū)域面積開闊的時候，可以根據(jù)測量區(qū)域的特點以及項目要求，對該區(qū)域進行劃分測量并建立擬合模型，為后面的測量作業(yè)做好準(zhǔn)備。2)為了保證精度的準(zhǔn)確性，作業(yè)初要對高程的起算點的合理性與點位的穩(wěn)定性進行細致考量，測量作業(yè)的流程以及實際操作要嚴(yán)格按照規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)進行。除此之外還要嚴(yán)格控制測量區(qū)域的水準(zhǔn)點數(shù)，盡量多的均勻布置，最低數(shù)量也要不低于6個。3)要充分了解并掌握各個高程擬合模型特點，認真分析各個高程擬合模型在工程項目中應(yīng)用的情況，科學(xué)論證后才能確定最終方案。常用的擬合法有兩種，分別是平面擬合法與二次曲面擬合法，這兩種方法都是基于幾何學(xué)，能夠準(zhǔn)確計算控制范圍內(nèi)的控制點與待定點。在作業(yè)時如果能夠綜合使用兩種方法，將可以很大程度的降低測量數(shù)據(jù)的誤差，提高測量精度。

3.2 高程擬合法的合理選擇

高程測量精度控制過程中，高程擬合法的合理選用特別重要。在實際測量作業(yè)中要對數(shù)學(xué)曲面模擬數(shù)據(jù)進行水準(zhǔn)面模型換算，當(dāng)數(shù)學(xué)模型的計算精度有偏差的時候，就會對高程精度產(chǎn)生影響。另外，數(shù)學(xué)模型的建立也非常重要，數(shù)學(xué)模型出現(xiàn)偏差會造成測量點高程與待測點高程出現(xiàn)差異。除此之外還有多面函數(shù)法也可以對高程精度進行準(zhǔn)確定位，多面函數(shù)法是通過對測量點高程與待測點高程的函數(shù)值進行處理計算，從而提高高程的精度。通過上面的敘述可以知道，計算高程精度的方法很多，而每個測量作業(yè)任務(wù)必須要根據(jù)工程的實際情況經(jīng)過科學(xué)論證后才能確定最終選擇什么方法。

3.3 大地高測量的優(yōu)化

對大地測量進行優(yōu)化可以從以下幾方面進行：1)首先要從操作人員下手，組織作業(yè)人員積極學(xué)習(xí)，進行專業(yè)的系統(tǒng)培訓(xùn)，不斷提高綜合素質(zhì)，鞏固工作基礎(chǔ)，嚴(yán)格操作流程，學(xué)習(xí)新的方法。2)在測量天線高度時，要建立4個點進行分區(qū)測量，然后對測量數(shù)據(jù)平均取值，保證誤差小于5 mm。3)科學(xué)布置測量站點。因為GPS測量會受到各種因素的影響，選擇站點的時候首先要保證站點位置能夠保證GPS信息能夠正常穩(wěn)定的接收。測量站點極易受自然因素的干擾而影響到測量精度，因此在測量時可以采用同步求差法，可以對測量區(qū)域進行同步實際測量，有效減少星歷及電流層影響，盡可能的保障測量精確度。4)對測量精度影響的還有一個重要因素就是電離層誤差，為避免這一因素，測量的時候要關(guān)注天氣情況，避免在惡劣天氣進行作業(yè)，還要對參數(shù)進行對比，及時修正參數(shù)精度，對不同觀測點的實際差值進行核算，最后還要應(yīng)用同步觀測修正法對參數(shù)進行實時修正，有效降低誤差值。

4 結(jié)語

通過上文對GPS控制測量平面與高程精度的分析，能夠知道測量精度的影響是有很多主觀與客觀因素的，有主觀的技術(shù)與計算原因，也有客觀的環(huán)境和天氣原因，因此，要保障大地測量精度必須經(jīng)過細致的籌劃、科學(xué)嚴(yán)謹?shù)牟季?、合理搭配科學(xué)的計算方法。