工程測量中GPS控制測量平面與高程精度

武利平

（甘肅省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

對于GPS測量技術(shù)而言，其主要是通過空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)、用戶設(shè)備三者之間進(jìn)行信息交流，在交流過程中能夠保持信息數(shù)據(jù)的完整性，從而提高信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和效率，因而在工程測量過程中得到了廣泛的應(yīng)用，避免了測量過程中人為誤差現(xiàn)象的發(fā)生，提高了測量信息結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實性。

1 GPS控制測量平面精度

當(dāng)前，工程測量技術(shù)人員要想獲取準(zhǔn)確的平面精度測量數(shù)據(jù)十分方便，因為技術(shù)人員可以實現(xiàn)GPS通過控制網(wǎng)來獲取準(zhǔn)確的平面精度數(shù)據(jù)。但是，需要注意的一點是，技術(shù)人員在實現(xiàn)GPS控制網(wǎng)之前，應(yīng)該要根據(jù)實際情況對控制網(wǎng)的形狀進(jìn)行設(shè)計，并根據(jù)實際情況 對測量基準(zhǔn)與精度進(jìn)行控制。在利用GPS進(jìn)行平面測量時，應(yīng)該要將控制網(wǎng)分成不同的級別，便于實現(xiàn)逐級控制。在進(jìn)行工程測量時，選擇合適的測量方法是十分重要的，技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)工程的實際情況選擇測量方法[1]。

2 提高GPS 控制平面測量精度的方法

為了有效的提高工程測量中GPS控制平面測量的精度，采取一些有效的措施是十分有必要的。

2.1 同步測量法

利用GPS技術(shù)測量平面精度時必須要保證GPS的每一個控制點上都能夠測量到準(zhǔn)確讀、精度較高的數(shù)據(jù)信息。為了實現(xiàn)這一測量要求，技術(shù)人員在進(jìn)行平面鏡度測量時，應(yīng)該采用同步測量，這樣更有利于獲得精度較高的數(shù)據(jù)。

2.2 采取有效措施

為了有效地提高GPS平面測量的精度就應(yīng)該測量過程中采取相應(yīng)的方法，這些方法包括增加測量時間，利用激光測量網(wǎng)格邊距等。

3 高程測量精度誤差出現(xiàn)的原因

3.1 GPS大地高的測量精度

首先要利用GPS技術(shù)對大地高程觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，然后就能計算出GPS的正常高。由于GPS大地高程測量精度與衛(wèi)星誤差、衛(wèi)星鐘差、信號傳輸、電離層延遲等方面存在直接聯(lián)系，這就會在GPS測量系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)模型生成過程中產(chǎn)生一定的數(shù)據(jù)誤差。此外，如果GPS處于靜態(tài)狀態(tài)，這就需要操作人員在確定控制點并保證控制點準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，才能安裝信號接收設(shè)備。然而，在實際過程中，設(shè)備安裝時都會產(chǎn)生操作誤差或者在測量過程中，采樣時間沒有到達(dá)規(guī)定的時間要求，這都會降低結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2 公共點幾何水準(zhǔn)測量精度

在對高程異常值進(jìn)行計算和運用時，工作人員會采用數(shù)學(xué)的方法。一般而言，利用GPS測量技術(shù)對高程進(jìn)行準(zhǔn)確的測量以后，技術(shù)人員必須對產(chǎn)生的誤差值與大地測量值產(chǎn)生的異常進(jìn)行有效的控制，這樣才能提高數(shù)值的準(zhǔn)確性。然而，由于測量點GPS大地高與對應(yīng)的幾何水準(zhǔn)高程測量值之間存在直接聯(lián)系，同時，操作人員會在控制幾何水準(zhǔn)高程測量值準(zhǔn)確性時會產(chǎn)生操作失誤，這便會降低公共點幾何水準(zhǔn)測量結(jié)果的精度。

3.3 GPS高程擬合的方法

對于傳統(tǒng)的高程測量方法而言，其不僅需要投入大量的勞動力和資金成本，還存在觀測周期較長的缺點，同時，測量結(jié)果的準(zhǔn)確性會受到不同復(fù)雜地形的影響。因此，在利用水準(zhǔn)測量方法對工程高程進(jìn)行測量時，需要技術(shù)人員設(shè)置一定數(shù)量的GPS點，然后利用高程擬合技術(shù)對其它GPS點的高程進(jìn)行確定。然而，在實際操作過程中，如果操作人員沒有結(jié)合實際的測量規(guī)模而選擇不合適的擬合模型，這就會產(chǎn)生高程測量誤差的現(xiàn)象，從而降低結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 在工程測量中高程精度控制的具體措施

4.1 選用高精度的GPS接收儀

對于工程測量過程而言，技術(shù)人員可以選擇性能更優(yōu)良的衛(wèi)星接收設(shè)備和更加先進(jìn)的GPS測量技術(shù)，這樣才能降低測量結(jié)果產(chǎn)生誤差的可能性。對于通常使用的GPS接收儀而言，如果儀器周圍產(chǎn)生較多的信號干擾或者需要測量的工程周圍地質(zhì)條件較為復(fù)雜，就極有可能產(chǎn)生信號干擾現(xiàn)象，從而使得測量結(jié)果產(chǎn)生極大的誤差。因此，測量人員可以選用高精度的GPS接收儀，由于該接收儀器裝備了更高精度的計算方法，使用過程中能夠?qū)Ω蓴_信號和正常信號之間進(jìn)行有效的區(qū)分，同時也對傳輸和接收過程中產(chǎn)生的數(shù)值偏差存在較強的敏感性，因而就能提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性[2]。

4.2 在適宜的天氣下進(jìn)行測量

一般而言，在大氣流層中會存在較多的干擾物質(zhì)，如果天氣較為復(fù)雜，那么便會降低GPS接收儀對信號接收的靈敏度，從而會產(chǎn)生信號失真現(xiàn)象，就會降低高程計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，利用GPS進(jìn)行工程測量工作時，首先要在天氣較好的情況下使用GPS裝置，這樣才能確保得到最準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

4.3 對電離層誤差進(jìn)行修正

在使用GPS定位測量技術(shù)時，由于大氣層中存在電離層，那么會給GPS定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號的接收造成不利影響，同時還會產(chǎn)生GPS衛(wèi)星信號遭受干擾和反射的現(xiàn)象。因此，在利用GPS定位測量技術(shù)進(jìn)行平面與高程精度測量時，首先要對電離層誤差進(jìn)行修正，主要是通過構(gòu)建電離層修正模式來進(jìn)行的，這樣才能提高衛(wèi)星信號頻率測量的精準(zhǔn)度。此外，在開展實際測量過程中，可以采用多頻觀測的方式來對接收的信號進(jìn)行修正，在同一個測量點多測量幾組數(shù)據(jù)并將多個偽距離進(jìn)行測量，從而就能提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖1 電離層誤差修正示意圖

4.3.1 多頻觀測

對于多頻觀測法而言，其主要是設(shè)置一個觀測點和多個偽距點，以觀測點為中心，對其他偽距點進(jìn)行測量，通過在偽據(jù)點不同信號穿過電離層并經(jīng)電離層折射和反射情況下，頻率的變化規(guī)律就能得到準(zhǔn)確的測量值。然后將對不同偽距點測量的結(jié)果進(jìn)行對比，從而就能得到準(zhǔn)確的誤差值并對其進(jìn)行更改，這樣就提高了GPS的測量精度。

4.3.2 電離層模型

一般而言，對單頻GPS接收儀，其在進(jìn)行測量過程中會利用導(dǎo)航電文提供的電離層模型，這樣就能對測量結(jié)果產(chǎn)生的誤差參數(shù)進(jìn)行修正。此外，在導(dǎo)航電文的電離層模型中輸入修正之后的測量結(jié)果參數(shù)并對參數(shù)進(jìn)行對比，從而就能對結(jié)果進(jìn)行再次的修正并提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.3.3 同步觀測

對于同步觀測法而言，其主要是將另一臺GPS接收測量儀安裝在一個測量點上，然后結(jié)合GPS接收測量儀所獲取的信號對結(jié)果進(jìn)行精準(zhǔn)的計算，從而就能提高電離層測量數(shù)值的精度。此外，選擇同步觀測法時，一般要選擇兩個觀測點且兩個觀測點之間的距離不能超過20千米并同時進(jìn)行觀測，以觀測結(jié)果為基礎(chǔ)對衛(wèi)星信號參數(shù)進(jìn)行修正，從而就能降低結(jié)果誤差。

4.4 完善大地高測量的方法

4.4.1 選擇合適的站址

對于工程測量過程而言，觀測點設(shè)置是否合理與工程量測量結(jié)果準(zhǔn)確性之間存在直接聯(lián)系。因此，雖然對各觀測站點沒有嚴(yán)格的要求，但只有結(jié)合實際的測量環(huán)境，合理的選擇觀測點并制定完善的站址選擇方案，這樣才能提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.4.2 運用同步觀測求取差值

在平面與高程精度測量過程中，如果利用同步求差法，就需要測量人員對該理論依據(jù)有著充分且完整的認(rèn)識，這樣才能獲得最精準(zhǔn)的測量結(jié)果。一般而言，如果觀測距離小于20km，則衛(wèi)星星歷誤差、對流層、電離層都會給同步觀測站測量的結(jié)果造成不利影響，此時，就需要利用同步求差法來降低測量誤差。

4.4.3 確保天線高的正確量取

對于天線高測量誤差而言，其是產(chǎn)生高程精度誤差的主要原因之一。因此，在對工程的平面與高程精度進(jìn)行測量過程中，工作人員要重點關(guān)注天線高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，如果測量工作需要在野外開展，那么要將天線的斜高作為測量值，然后將天線的圓盤分成間隔、角度均勻的三個方向，然后以不同方向的天線圓盤為基準(zhǔn)，對天線高程進(jìn)行測量，這樣就能將測量結(jié)果的誤差控制在三毫米范圍內(nèi)。最后，對三處測量結(jié)果取平均值，從而就能得到最準(zhǔn)確的結(jié)果。此外，由于不同天線的類型會給天線高的測量結(jié)果帶來一定的差異性，因而要加強對天線相位中心高度的控制力度。

4.5 天線測量精度

在工程測量中利用GPS技術(shù)對平面和高程精度進(jìn)行測量時，工作人員要對天線測量的結(jié)果進(jìn)行綜合分析，充分考慮不同結(jié)果產(chǎn)生誤差的原因，同時，如果測量過程中天線呈現(xiàn)發(fā)散的狀態(tài)，那么工作人員要結(jié)合實際的測量需求對天線的工作形態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查并調(diào)整，只有將天線放置在正確位置并對測量結(jié)果的精度進(jìn)行改正，提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.6 選擇合適的高程擬合數(shù)學(xué)模型

一般而言，測量人員在對大地水準(zhǔn)面進(jìn)行擬合時，都會選用數(shù)學(xué)曲面構(gòu)建法，利用該方法來對大地水準(zhǔn)面進(jìn)行擬合能夠提高不同GPS測量點測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時，利用該方法也能夠?qū)⒋郎y量點的正常高值準(zhǔn)確地計算出來。因此，在工程實際測量過程中，要針對測量的需求以及結(jié)果的精度選擇合適的高程擬合法，應(yīng)用樣條函數(shù)法、平面擬合法、二次曲面擬合法都能提高測量結(jié)果的精度。一般而言，在利用高程擬合數(shù)學(xué)模型時，二次擬合法是應(yīng)用最廣的一種方法，利用該方法能夠得到最小的高程誤差值。

圖2 高程擬合模型示意圖

4.7 強化控制點的布設(shè)

測量人員只有提高高程起算點的準(zhǔn)確性，才能保證其他控制點高程值測量的精度。因此，對于工程測量過程而言，技術(shù)人員必須針對實際的測量范圍選擇合適數(shù)量的工程測量點并加強控制點布設(shè)工作的控制力度。一般而言，在對控制點進(jìn)行布置過程中，其選擇最少的水準(zhǔn)點數(shù)量不得小于六個，而且，要保證這六個水準(zhǔn)點在分布過程中都能處于均勻的狀態(tài)，只有提高控制點分布的合理性與均勻性，才能保證高程起算點測量結(jié)果的精度和穩(wěn)定度。此外，如果需要測量的范圍較大，那么技術(shù)人員在利用GPS測量技術(shù)時，可以利用分區(qū)構(gòu)建擬合模型的方法來合理的布置控制點[3]。

5 結(jié)束語

綜上所述，對于GPS測量技術(shù)而言，其能夠適用于不同的地質(zhì)條件和環(huán)境，是一種全天候的作業(yè)方式，同時獲得的數(shù)據(jù)測量結(jié)果較為準(zhǔn)確，因而被廣泛的使用在工程測量過程中。相比于傳統(tǒng)的測量技術(shù)而言，GPS測量技術(shù)能夠在提高測量準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上提高測量效率。然而，其在實際使用過程中依然存在一些問題，這就需要技術(shù)人員在利用GPS測量技術(shù)時對其進(jìn)行合理的控制，這樣才能完全發(fā)揮該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，從而才能得到最準(zhǔn)確的平面與高程測量精度。