工程測量中GPS 控制測量平面與高程精度分析

■張 磊 ■江西國金建設(shè)集團有限公司，江西 南昌 330000

1 簡述我國工程測量中GPS 技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前我國的項目工程中的工程測量中的GPS 技術(shù)應(yīng)用，有著許多的優(yōu)勢，比如:測量工作的時間比較短，測量定位非常快，測量的準確性非常高等等，現(xiàn)在在我國得到了一致的肯定與廣泛的應(yīng)用。尤其是在進行野外勘查測量的工作時，那些大型的測量用的機械設(shè)備沒有辦法進入到測量現(xiàn)場，那么便攜式的GPS 測量設(shè)備就可以發(fā)揮非常打的作用了，這些設(shè)備攜帶方便給測量工作帶來了非常打的方便。一般來說GPS 測量技術(shù)是運用先進的衛(wèi)星定位技術(shù)與遙感技術(shù)來當(dāng)作基礎(chǔ)技術(shù)來支撐的，在進行測量工作的時候，我們還要考慮到衛(wèi)星的軌跡，大氣層以及接收設(shè)施等這些因素的影響，這個方法子測量高程的時候有著很大的問題，尤其是大氣層中的那些對流層中如果反射的物質(zhì)比較多的話，那么就一定會對衛(wèi)星的信號產(chǎn)生相應(yīng)的干擾，那么測量出來的高程的準確性就會大打折扣，對工程測量結(jié)果的準確性產(chǎn)生了非常大的影響。

2 在工程測量中運用GPS 技術(shù)測量出現(xiàn)誤差的一些原因

我們在運行GPS 技術(shù)進行工程測量的時候，會利用衛(wèi)星信號來對測量工作進行導(dǎo)航定位，我們只需要在進行測量的現(xiàn)場設(shè)置一個GPS接收機，在相同的時間段來同時接受三顆以上衛(wèi)星所發(fā)出的信號就行了，我們再對接受到的這些衛(wèi)星信號運用一定的換算方法進行數(shù)據(jù)處理，最后我們的到的這個測量點在這個時間段內(nèi)和這些衛(wèi)星的距離。由于在某一個特定的時間段GPS 衛(wèi)星的空間坐標(biāo)是一定的，我們通過數(shù)據(jù)的換算便可以得出該接收機在該時間點相對于空間的三維坐標(biāo)點。在經(jīng)過換算之后，便得到了這個測量點在該時間點的相對地球的三維坐標(biāo)點，從而達到了工程測量的目的。

一般情況下，其測量的步驟為:GPS 接收機接收衛(wèi)星信號、衛(wèi)星信號數(shù)據(jù)參數(shù)換算、輸出坐標(biāo)值。我們在對項目工程進行測量的過程中，由于大氣層中含有大量的信號干擾物質(zhì)，尤其是在陰雨天等這些惡劣的氣象條件，天氣狀況不是特別理想的情況下，大氣對流層中較多的反射性物質(zhì)會干擾衛(wèi)星信號的傳輸與接收，進而使得GPS 接收機接收到的衛(wèi)星信號產(chǎn)生偏差或者失真的狀況，從而造成精度誤差;或者在具有強磁場的地質(zhì)條件下進行的工程測量，也會由于信號的干擾造成精度有誤差。一般情況下，GPS 技術(shù)在工程測量中的誤差大多集中在某測量點的高程上，也就是說在進行工程測量的過程中常常存在著大量的不精準的高程異常。高程異常通常說的是地下物質(zhì)及其密度分布不均勻產(chǎn)生的重力異常導(dǎo)致的測量中出現(xiàn)的正常值與大地值的差異。一般情況下，我們在對項目工程進行工程測量的時候，對不精準的高程異常值來進行測量的時候，常常會采用GPS 技術(shù)來測量大地高，而利用水準測量出正常高，由二者差異擬合出似大地水準面，然后通過解算得出測量點的高程異常，這種方法被稱為GPS 高程擬合。我們在日常的工作中，利用高程擬合方式來進行高程測量的時候，由于水準測量的精確度與測量點的選擇及測量周期相關(guān)，這個工作量就會比較打，在水準測量精度等級不高的情況下，經(jīng)常會導(dǎo)致高程精度出現(xiàn)誤差的問題。

3 在工程測量中高程精度控制的具體措施

在實際的工作中，我們在利用GPS 技術(shù)對項目工程進行工程測量的高程精度控制的時候，一定要考慮到其工作原理以及高程擬合要求等等，一般情況下，我們可以采取以下具體的技術(shù)措施來對高程精度來進行控制。

3.1 選用高精度的GPS 接收儀

我們在用GPS 技術(shù)進行工程測量的時候，衛(wèi)星信號的接收質(zhì)量是測量精度控制的重點，對于那些精度比較低的GPS 接收儀來說，往往由于對衛(wèi)星信號的不敏感性導(dǎo)致其測量出現(xiàn)較大的偏差，尤其是在信號干擾比較多、地質(zhì)條件比較復(fù)雜的野外進行工程測量的時候，非常容易受到測量現(xiàn)場周圍復(fù)雜地形構(gòu)成的磁場對信號的干擾造成測量誤差。與此同時，高精度的GPS 接收儀在進行工程測量的時候，所采用的是高精度的計算方式，對衛(wèi)星信號的相對信號變化產(chǎn)生的參數(shù)偏差有著較大的敏感性，能夠準確分辨干擾信號與正常工作信號的差別，進行合理的計算選擇。

3.2 選擇合適的天氣狀況

在實際的工作中，大氣對流層常常含有大量的信號干擾物質(zhì)，特別是空氣對流強烈的自然天氣條件下，一般會影響到GPS 接收儀對衛(wèi)星信號的接收或者接收的信號相對失真，造成高程計算出現(xiàn)偏差。因此我們在進行工程測量的時候，一般要選擇那些天氣狀況比較好的天氣來進行工程測量，盡量避免不良天氣給工程測量帶來的誤差.。

3.3 對電離層誤差進行修正

大氣電離層對衛(wèi)星信號存在著干擾與折射、反射作用，使得衛(wèi)星信號在穿透電離層到達地球表面GPS 接收儀的時候，往往會出現(xiàn)非常大的偏差，因此我們需要對其進行適當(dāng)?shù)男拚?。主要采用多頻觀測、電離層模型、同步觀測等這些方式。

(1)多頻觀測。多頻觀測主要指的是在某一測量點對多個偽距進行測量，根據(jù)不同頻率測得的偽距測量值在電離層中的折射率差異推算出電離層的折射改正數(shù)值，以此提高GPS 測量精度。

(2)電離層模型。我們在用單頻GPS 接收儀來進行工程測量的時候，一般情況下，可以選用導(dǎo)航電文提供的電離層模型進行參數(shù)修正。通過測量我們可以得出的參數(shù)放置于導(dǎo)航電文提供的電離層模型中來進行參數(shù)比對，進而對參數(shù)進行精度修正。

(3)同步觀測。我們在某一測量點設(shè)置多臺GPS 接收測量儀，通過二者基線兩端觀測差值來對電離層測量精度進行計算，修正測量數(shù)據(jù)。

3.4 在進行工程測量的時候測量基站與測量點的選擇

我們在用GPS 技術(shù)進行工程測量的時候，測量基站及測量點的選擇是非常重要的。尤其是在一些地形情況比較復(fù)雜的情況下，地下介質(zhì)密度分布不是很均勻，測量現(xiàn)場的周邊存在比較強磁場的地區(qū)，非常容易在進行工程測量中對衛(wèi)星接收信號形成干擾。因此，我們在進行工程測量的時候，可以選取周邊較為空曠、相對基站間距穩(wěn)定、符合實際工程需要的地點進行測量基站和測量點的選擇，以保證工程測量的準確性。

3.5 天線測量精度

我們在利用GPS 技術(shù)進行工程測量的時候，測量人員對天線測量精度要求一般不夠重視，尤其是野外作業(yè)天線以發(fā)散狀斜向上設(shè)置的時候，由于天線高程測量不準造成了測量基站對該點測量高程的測量出現(xiàn)一定偏差，然而以該基站為基準進行的其他測量點的高程測量的過程中，常常會因為誤差累計造成最終測量高程誤差結(jié)果較大。

3.6 合適的高程擬合數(shù)學(xué)模型

我們在進行高程擬合的時候，由于數(shù)據(jù)換算是在數(shù)學(xué)曲面模擬大地水準面的模型中進行的，會經(jīng)常受到數(shù)學(xué)計算精度的影響，使得正常點與待測點高程差值誤差比較大。一般在進行計算的時候采用平面擬合法、二次曲面擬合法、樣條函數(shù)法以及多面函數(shù)法等。其中二次曲面擬合法計算精度相對較高，能夠?qū)?shù)據(jù)參數(shù)誤差有效降低，但是，在地質(zhì)地形條件較為復(fù)雜的地區(qū)進行的擬合計算相對復(fù)雜，其工作量也相對比較大。

4 結(jié)束語

綜上所述，把GPS 技術(shù)應(yīng)用到工程測量中，我們可以可以從技術(shù)、測量方式、數(shù)學(xué)模型計算、基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備等多個方面完成對測量高程精度的控制。隨著我國科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，GPS 接收測量儀的不斷改進特別是結(jié)合GIS、遙感、計算機等多種技術(shù)而推動的測量技術(shù)改進，將大大提高工程測量的精度和測量質(zhì)量，為現(xiàn)代工程設(shè)計、施工提供非常好的便利條件，確保了項目工程的質(zhì)量。

［1］趙小蘭，王鳴飛.淺談工程測量GPS 技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.中國科苑，2014，24(14):162 -164.

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