GPS高程測(cè)量的影響因素探究

【摘要】GPS高程測(cè)量被廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量和大地測(cè)量等諸多領(lǐng)域，它具有全天候、高精度、全天時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，GPS的精準(zhǔn)度對(duì)于高程測(cè)量有重要的影響。隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，GPS測(cè)量技術(shù)也需要不斷完善和發(fā)展。本文主要是介紹了GPS高程測(cè)量的基本原理，并在分析基本原理的基礎(chǔ)之上探析GPS的影響因素，最后提出了提高GPS高程測(cè)量的對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】GPS高程測(cè)量；影響因素；對(duì)策

1 GPS高程測(cè)量的基本原理及應(yīng)用現(xiàn)狀

高程測(cè)量的基準(zhǔn)面是地面點(diǎn)高程的起算面，常見的高程基準(zhǔn)面有三種：似大地水準(zhǔn)面、大地水準(zhǔn)面、橢球面，不同的高程基準(zhǔn)面對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的高程系統(tǒng)，依次為正常高、正高、大地高高程系統(tǒng)。由于似大地水準(zhǔn)面所形成的體形是與整個(gè)地球最為接近的體形，因此通常采用似大地水準(zhǔn)面作為高程基準(zhǔn)面。

GPS技術(shù)在如今社會(huì)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，如此一來(lái)GPS精密測(cè)高便對(duì)傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)高造成了很大的威脅，GPS精密測(cè)高相對(duì)于傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)高具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，測(cè)量的精確度高、誤差小，這一準(zhǔn)確性在測(cè)站跨越距離上表現(xiàn)尤為突出；第二，測(cè)量效率高、速度快；第三，全天候、全自動(dòng)。但是，受到似大地水準(zhǔn)面模型的制約，GPS不能獲得精準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果，這一不精準(zhǔn)在GPS大地高和海拔高的轉(zhuǎn)換中尤為突出，這一問題對(duì)于GPS高程的運(yùn)用造成了直接影響。

2 影響GPS高程測(cè)量的因素

2.1天線高導(dǎo)致GPS高程測(cè)量的誤差

GPS高程測(cè)量的誤差源于天線高。GPS系統(tǒng)通過使用定長(zhǎng)流動(dòng)桿來(lái)減少誤差出現(xiàn)的可能，測(cè)量過程中使用三角架需要經(jīng)常變化高度，所以對(duì)天線高測(cè)量進(jìn)行仔細(xì)檢查是一項(xiàng)重要的工作。天線相位中心的變化也是一個(gè)不容易被注意的問題，天線的機(jī)械中心一般與電子相位中心不重合，電子相位中心的變化，這種變化是由接收信號(hào)的方位角、高度角和頻率造成的。所以說(shuō)，電子相位中心的變化和整個(gè)可見天球的相位中心的變化都是重要的因素。

2.2衛(wèi)星分布不對(duì)稱導(dǎo)致GPS高程測(cè)量的誤差

在確定平面位置時(shí)可以通過對(duì)衛(wèi)星的選擇和觀測(cè)時(shí)段來(lái)保證衛(wèi)星分布的基本對(duì)稱，達(dá)到減弱或者消除衛(wèi)星信號(hào)傳播過程中的大氣延遲誤差和星歷誤差以及距離測(cè)量中的偏差。由于測(cè)高中被測(cè)衛(wèi)星在地面上，所以衛(wèi)星分布具有不對(duì)稱性，這種因素不可避免，這是由于GPS高程測(cè)量的本質(zhì)所決定的。

2.3基線起算點(diǎn)的坐標(biāo)誤差導(dǎo)致GPS高程測(cè)量的誤差

對(duì)基線的向量進(jìn)行解算的過程中，起算點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)源于該基線的某個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)，因此這個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)產(chǎn)生的誤差對(duì)基線向量解算具有重要影響。要將誤差降低，需要注意兩方面，一方面找到附近的關(guān)聯(lián)點(diǎn)，通過聯(lián)測(cè)提高精確度，另一方面通過反復(fù)解算降低誤差。

2.4多路徑效應(yīng)導(dǎo)致GPS高程測(cè)量的誤差

多路徑效應(yīng)即測(cè)站附近發(fā)射物反射來(lái)自衛(wèi)星直接發(fā)射的信號(hào)和來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)同時(shí)被接收機(jī)接受。兩種信號(hào)之間的相互影響產(chǎn)生了多路徑誤差。多路徑誤差分為兩種，直接的和間接的，多路徑效應(yīng)是影響實(shí)時(shí)GPS測(cè)量GPS定位測(cè)量中心中的最嚴(yán)重的一種誤差。當(dāng)觀測(cè)時(shí)間較短時(shí)，多路徑效應(yīng)的影響會(huì)非常大，而當(dāng)有足夠的觀測(cè)時(shí)間時(shí)，多路徑效應(yīng)的影響則會(huì)因?yàn)樾l(wèi)星幾何位置的變化將其影響減小。天線周圍的環(huán)境對(duì)于多路徑效應(yīng)有很大的影響。

除此之外，GPS儀器精度、起算點(diǎn)、GPS高程擬合數(shù)學(xué)模型等等對(duì)于GPS高程測(cè)量精度都有一定的影響。

3 提高GPS高程測(cè)量精度的對(duì)策

3.1 合理規(guī)劃設(shè)計(jì)GPS網(wǎng)圖形結(jié)構(gòu)

GPS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)于高程精度有重要的影響。對(duì)數(shù)據(jù)采集活動(dòng)進(jìn)行合理有效地規(guī)劃，科學(xué)設(shè)計(jì)GPS網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)，能夠提高GPS高程測(cè)量的精度。因此強(qiáng)化圖形結(jié)構(gòu)對(duì)于數(shù)據(jù)的采集、觀測(cè)的精度是提高GPS高程測(cè)量精度的有效措施。GPS網(wǎng)形結(jié)構(gòu)的優(yōu)化受到實(shí)際情況的限制，通常情況下，多采用全面三邊網(wǎng)網(wǎng)形，這種網(wǎng)型結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，具有較高精度的點(diǎn)位。另外對(duì)于網(wǎng)型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要與實(shí)際情況相結(jié)合，例如四邊網(wǎng)和導(dǎo)線網(wǎng)適宜加密控制網(wǎng)或工程控制網(wǎng)，在山區(qū)觀測(cè)，可使用整體三角網(wǎng)，這樣不但便于觀測(cè)更節(jié)約成本

3.2 GPS選點(diǎn)需要遵循適當(dāng)選點(diǎn)的原則

GPS的觀測(cè)精度受點(diǎn)位選取的影響，適當(dāng)選點(diǎn)才能提高精度。適當(dāng)選點(diǎn)需要充分了解測(cè)區(qū)的原有控制點(diǎn)的實(shí)際情況，按照測(cè)區(qū)情況具體情況具體分析，掌握測(cè)量工程對(duì)精度的定位，根據(jù)這一定位，了解測(cè)區(qū)情況，根據(jù)觀測(cè)規(guī)范進(jìn)行GPS的選點(diǎn)。選點(diǎn)的主要原則有：首先，選擇視野開闊的空間安排測(cè)站，場(chǎng)內(nèi)的障礙物高度角不得大于15度；其次，測(cè)站必須要與高壓設(shè)備、電力設(shè)備保持一定的距離，避免周圍磁場(chǎng)干擾信號(hào)；再次，測(cè)站要遠(yuǎn)離大片的水域和高電磁反應(yīng)；最后，將易于保存和觀測(cè)的地方作為點(diǎn)位的安排地。

3.3 確保高質(zhì)量的星歷和參考坐標(biāo)

星歷和參考坐標(biāo)的影響主要體現(xiàn)在對(duì)三維坐標(biāo)方面。在進(jìn)行星歷和參考坐標(biāo)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該將雙頻機(jī)觀測(cè)、同步觀測(cè)和電離層模型更改結(jié)合起來(lái)，得到其差值，從而降低電離層誤差對(duì)觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生的不利影響。

3.4 正確選擇衛(wèi)星的空間位置，確保其能見度

衛(wèi)星的空間位置和能見度對(duì)于高程測(cè)量有很大的影響?？臻g位置與精度因子有直接的關(guān)系，據(jù)相關(guān)調(diào)查研究顯示，精度因子與GPS絕對(duì)定位之間呈現(xiàn)正比例關(guān)系，然而精度因子又受到衛(wèi)星幾何分布的影響。當(dāng)測(cè)站與觀測(cè)衛(wèi)星構(gòu)成的幾何體體積越大，空間位置精度因子越小，觀測(cè)進(jìn)度越高。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，GPS高程測(cè)量廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。對(duì)于人們的生活有著重要的作用和影響，而GPS高程測(cè)量中的誤差難以避免，影響其誤差的因素有很多，如何避免誤差的存在是當(dāng)前亟待解決的問題。綜上所述，在實(shí)際的工作中，相關(guān)工作人員一定要把對(duì)GPS高程測(cè)量的影響因素進(jìn)行全面整合，不斷提高GPS高程測(cè)量的精度，為之后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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