淺談GPS實時動態(tài)（RTK）高程的誤差與控制

龐健

[摘要]目前，GPS（RTK）高程已被廣泛應用到各測量工程領(lǐng)域，且表現(xiàn)出測量距離遠、測量速度快、勞動強度低及集成化程度高的優(yōu)點。本文筆者結(jié)合實踐經(jīng)驗，淺析GPS（RTK）高程的誤差與控制，以期提高GPS（RTK）高程的測量精度。

[關(guān)鍵詞]GPS（RTK） 高程誤差 測量精度

[中圖分類號] P271 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-195-1

1引言

GPS（RTK）是一種三維測量工具，目前此種測量工具已被廣泛應用到各平面測量領(lǐng)域，如地形測量、平面控制測量及施工測量等。但GPS（RTK）卻很少被用來進行高程測量，究其原因為相位整周模糊度解算、多路徑效應、電離層延遲、星力與參考坐標、天線高及潮汐的制約及影響。為此，本文以GPS（RTK）高程測量誤差進行討論，由此提出控制此種誤差及提高測量精度的方法。

2 GPS（RTK）高程誤差的來源

采用GPS（RTK）求出的值為WGS-84坐標系內(nèi)地面點的大地高H84，但國內(nèi)高程多采用正常高。若要切實改進工程實際領(lǐng)域GPS高程的應用效果，必須使GPS大地高轉(zhuǎn)化為正常高。此轉(zhuǎn)化關(guān)系式為：Hr=H84-ζ。結(jié)合該方程式可知，GPS（RTK）高程誤差Hr由大地高H84誤差及高程異常ζ誤差組成。本章節(jié)著重介紹大地高H84誤差的來源。

大地高H84誤差的影響因素頗多，如：（1）相位整周模糊度解算的影響。相位整周模糊度解算值的可靠性對三維坐標測量精度產(chǎn)生著直接性的影響，因此若測量過程采用實時動態(tài)或快速靜態(tài)測量技術(shù)，則均需先進行精確解算，以獲取相位整周數(shù)，但相位整周數(shù)模糊度的解算過程，極易出現(xiàn)結(jié)算錯誤的問題，從而對GPS高程測量精度造成影響。（2）多路徑效應的制約。多路徑效應指衛(wèi)星直接發(fā)射信號與測站周圍反射物反射出的衛(wèi)星信號被接收機同時接受，而此信號經(jīng)相互作用導致觀測值與實際值產(chǎn)生偏差，即為多路徑誤差。多路徑效應具有直接性及間接性的影響，且能對三維坐標產(chǎn)生分米級的影響。（3）電離層延遲的影響。電離層對GPS高程測量的影響表現(xiàn)為電離層群延、電離層載波相位超前、電離層多普勒頻移等，且電離層的變化均會對GPS信號的傳播路徑產(chǎn)生延遲作用，并最終對GPS高程的測量精度造成影響。除此三點以外，星力與參考坐標、天線高及潮汐同樣會對GPS高程測量精度造成影響。與大地高H84誤差相比，很難精確求解出高程異常ζ誤差，因此對高程異常ζ的求解精度對GPS高程測量精度起著直接性的作用。

3 GPS（RTK）高程測量精度的控制

結(jié)合GPS（RTK）高程測量誤差的來源，本文筆者試圖從下列方面淺析如何控制GPS（RTK）高程的測量精度，以減少測量誤差。

3.1選用型號相同的雙頻GPS接收機

研究表明，雙頻GPS接收機能夠降低電離層對衛(wèi)星信號時延的影響，而選用型號相同的雙頻GPS接收機，能夠使GPS天線相位中心產(chǎn)生的偏差被控制到最低。另外，天線高始終不變，而固定的腳架高及天線高能有效控制天線高產(chǎn)生的誤差。GPS高程觀測過程，應盡量增加多余的觀測，以此降低或消除相位整周模糊度解算的錯誤率，同時亦可控制多路徑效應對GPS高程測量精度的影響。當然，務(wù)必要控制好高程異常ζ誤差的解算精度。高程異常ζ誤差的獲取辦法較多，而較為常用的方法為幾何法及直接法。

（1）直接法（或稱重力法）是根據(jù)流動站周圍的重力測量資料來解算大地水準面非線性變形區(qū)域內(nèi)的高程異常值。高程異常作為地球重力場的參數(shù)，多可采用地球重力場模型及結(jié)合點位分布位置來求解此點的高程異常。直接法多用來控制高程精度要求高及水準測量難度大的高程測量誤差。

（2）幾何法（或稱解析法）是用1次/高次的多項式來擬合出高程異常模型（或稱似大地水準面模型），由此隨意確定出內(nèi)插點的高程異常值，而從測區(qū)的實際情況而言，允許采用多項式曲面、平面擬合及多項式曲線來表示似大地水準面，此時可延伸出三種擬合方法，即多項式曲面擬合、平面擬合及多樣式曲線擬合?？梢姡捎玫臄M合方法應符合測區(qū)的實際情況，如此方能對高程異常的求解精度進行有效控制。若測區(qū)呈現(xiàn)出線狀的分布狀態(tài)，則應結(jié)合控制點的高程異常及平面坐標，構(gòu)造出對應的插值函數(shù)來擬合特定方向的大地水準面曲線，而后再內(nèi)插高程異常值。若測區(qū)地勢平坦且范圍小或為低丘地區(qū)，則對應的似大地閃準面可看作平面且采用平面擬合法進行解算，此時高程異常值所計算出的擬合結(jié)果精度更高。若測區(qū)起伏較大且范圍較廣，則對應的似大地水準面可看作多項式曲面及采用曲面擬合，從而擬合出較好的高程異常值，并最終實現(xiàn)對高程精度的控制。

3.2高程異常擬合精度的評價

GPS高程異常擬合精度多采用下列方法進行評價：計算出擬合點的誤差→對GPS擬合高程的內(nèi)符合精度進行解析→對多個幾何水準高程的已知GPS網(wǎng)點（檢核點）進行聯(lián)測→對檢核點的擬合中誤差進行計算→GPS擬合高程的外符合精度進行解析→求解出擬合高程與檢核點高程的異常差值→比較異常差值與同等級的水準測量限差→解析GPS擬合高程的精度。

4結(jié)束語

結(jié)合前文可知，GPS（RTK）測量高程受到多方面因素的影響，因此誤差的類型呈多樣化。GPS（RTK）高程測量過程，應結(jié)合測區(qū)的實際情況，如地勢地貌及范圍大小等，采取相應的精度控制方法。就高程異常 誤差的控制而言，本文提出兩種解算方法，即直接法與幾何法。直接法多用來控制高程精度要求高及水準測量難度大的高程測量誤差。幾何法的應用過程，務(wù)必要考慮到測區(qū)的實際情況，同時采用多項式曲面、平面擬合及多項式曲線進行表示，并采用相對應的方法進行擬合，以控制擬合高程的精度。

參考文獻

[1]邱蕾，羅和平，王澤民等.GPS網(wǎng)絡(luò)RTK流動站的對流層內(nèi)插改正分析[J].測繪工程，2011，20（5）：70-73.

[2]陳遠鴻，邱蕾，馮玉釗等.利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立GPS網(wǎng)絡(luò)RTK的雙差對流層誤差模型[J].大地測量與地球動力學，2011，31（6）：128-131.

[3]韓江，王曉玲，寧長春等.機載LIDAR在測量中的高程精度驗證及誤差來源[J].油氣田地面工程，2014，（1）：11-12.

[4]張振軍，楊德安，楊建等.GPS RTK測量精度定位與質(zhì)量控制方法[J].地理空間信息，2011，（5）：44-46.

[5]王超，楊帆.基于GPS-RTK高程的海上打樁樁頂標高優(yōu)化處理[J].工程勘察，2013，41（4）：69-73.