GPS定位技術(shù)在精密高程測量中的應(yīng)用

韓吉

摘 要：當前，GPS技術(shù)在我國的工程測量已經(jīng)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，GPS技術(shù)具有測量準確性高、定位速度快、測量時間短等優(yōu)勢，不但為快速定位和獲取數(shù)據(jù)帶來了方便，也為國家經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)做出了很大貢獻。但仍存在一定的誤差，而如何減少誤差則十分重要。該文首先對GPS高層測量的基本原理進行了簡要的闡述，并對GPS精密高程測量的誤差來源進行了詳細的分析，并提出了針對這些誤差來源的相關(guān)應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：GPS定位 高程測量 精度

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（c）-0017-02

GPS技術(shù)即全球定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)的原理通過衛(wèi)星對地理位置信號的接受和發(fā)送，能夠借助衛(wèi)星技術(shù)，并根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)進行算法的計算，對地球上位置進行準確的判斷[1]。在精密高程測量當中，GPS技術(shù)的使用，可以通過將若干已知GPS點的正常高與GPS測量所得的大地高之間進行高程異常的比較，并通過相應(yīng)的平面坐標和高程異常采用數(shù)值似合計算方法，擬合出區(qū)域的似大地水準面，即可解出各點高程異常值，進而求出各GPS點的正常高，從而獲得精確的數(shù)據(jù)，測量也更加準確。

1 GPS高程測量的原理

GPS高程測量的基本原理是通過GPS技術(shù)獲得測量點的大地高數(shù)據(jù)，然后通過水準測量獲得測量點的正常高的數(shù)據(jù)，大地高與正常高之間的差值被稱為高程異常，通過高程異常的數(shù)據(jù)，采用高程擬合算方案，能夠?qū)λ拼蟮厮疁拭孢M行擬合，從而得出測量區(qū)域內(nèi)的高程[2]。

假設(shè)是通過GPS測得的大地高，H是相應(yīng)的正常高，則該點的高程異?？梢员硎緸椋?/p>

通過GPS技術(shù)對高程進行擬合，需要對一定范圍內(nèi)的測量點構(gòu)建起似大地水準面，這就需要在測量的范圍之內(nèi)布置一定數(shù)量的GPS測量點，并且應(yīng)當在一定的密度范圍之內(nèi)，通過這些測量點的水準聯(lián)測，取得測量點的大地高與正常高，從而獲得高程異常，進一步的構(gòu)建出測量區(qū)域內(nèi)的似大地水準面。

通過多年的發(fā)展，目前關(guān)于GPS 高程擬合模型的相關(guān)研究已經(jīng)比較充足，比較常見的GPS擬合模型包括有曲線擬合模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合模型、曲面擬合模型等，這些擬合方法由于采用的算法不同，得出的結(jié)果可能會有所差別，結(jié)果的精度對受到測量點密度、測量點的數(shù)量與分布等的影響。

2 GPS精密高程測量的誤差來源

2.1 GPS測量誤差的影響

在GPS測量誤差中，主要有3個方面會產(chǎn)生一定的誤差。

首先，是衛(wèi)星本身運行過程中產(chǎn)生的誤差，星歷誤差、衛(wèi)星鐘差以及相對論效應(yīng)等都會產(chǎn)生一定的影響。其次，是信號傳播產(chǎn)生的誤差。在信號傳播的過程中，可能會出現(xiàn)電離層延遲、對流層延遲、多路徑效應(yīng)等，前面兩者的信號誤差問題能夠采用相關(guān)的算法來進行優(yōu)化與改進，而多路徑效應(yīng)產(chǎn)生的誤差可以通過天線中的扼流圈來進行誤差的調(diào)整[3]。最后，是信號接收設(shè)備產(chǎn)生的誤差以及信號處理產(chǎn)生的誤差。在接收設(shè)備中，天線的整平和相位中心都可能產(chǎn)生誤差，而在信號處理中所采用的算法與模型也會有一定的誤差。前者能夠?qū)μ炀€的整平進行調(diào)整來降低誤差，而后者則需要采用精密星歷來降低誤差。還可以通過多次試驗來對數(shù)據(jù)處理模型的誤差進行降低。

2.2 水準點聯(lián)測誤差的影響

水準聯(lián)測的誤差會直接對擬合模型的結(jié)果產(chǎn)生影響。水準聯(lián)測是通過測量區(qū)域內(nèi)的測量點的數(shù)據(jù)進行的，因此，水準測量的精度需要進行有效地控制，才能使得高程擬合的結(jié)果得到有效保障，所以，需要對測量點的粗差進行測量，并且基于穩(wěn)健進行相關(guān)的估計與分析。

2.3 擬合模型誤差的影響

在對測量區(qū)域的數(shù)據(jù)進行擬合模型的建立時，擬合點的數(shù)量的確定和擬合點的分布密度會使得擬合結(jié)果的準確度產(chǎn)生影響。并且，擬合模型的選擇也會對最終似大地水準面是否能夠達到最佳的擬合程度產(chǎn)生影響。似大地水準面的形成主要是通過模型將測量點擬合成為一個曲面，其中需要采用相對負載的數(shù)學模型，而真正能夠與大地水準面保持完全一致是非常困難的，所以，擬合模型中會產(chǎn)生一定的誤差，并對GPS高程擬合結(jié)果產(chǎn)生影響。 因此，需要在進行測量的時候?qū)Ω叱虜M合模型進行正確與適當?shù)倪x擇，從而提高精密高程測量的準確度與可靠性。

3 GPS定位技術(shù)在精密高程測量中應(yīng)用的誤差來源的應(yīng)對

在采用GPS定位技術(shù)進行精密高程測量時，結(jié)果的精確度是非常重要的，因此，需要采用必要的手段和方式，來最大程度地降低過程中可能產(chǎn)生的各種誤差，將誤差降低到最小，或者是對某一環(huán)節(jié)的誤差進行徹底的消除[4]。從前文對GPS精密高程測量誤差的來源進行誤差的消解，是非常重要的方式。

3.1 使用精密衛(wèi)星星歷

需要在選擇了合適的測量方案之后，對測量條件較好地觀測時段進行衛(wèi)星的觀測，并且這樣能夠使得GDOP及PDOP值得到減小，并且能夠降低通過電力折射以及衛(wèi)星信號誤差、載波相位周跳的誤差。

GPS衛(wèi)星信號會受到電離層的影響，通過信號頻率的函數(shù)就能夠體現(xiàn)出來是否受到影響，將不同電磁信號波的使用頻率來進行對比，然后產(chǎn)生的影響也是不同的，由此來對觀測值進行進一步的修正。

同時，還可以使用不同的接收機來進行同時觀測，從而獲得更多地觀測值來獲得相關(guān)差值，同時還能夠?qū)ο嗨普`差的特性進行觀測。

3.2 構(gòu)建觀測值改正模型

在觀測過程中還需要構(gòu)建觀測值的改正模型，來對觀測誤差值進行進一步的修正。當前的觀測值改進模型主要有對衛(wèi)星軌道偏差的改正模型，主要是將衛(wèi)星軌道偏差數(shù)據(jù)改為參數(shù)常量。另外還有導航電文數(shù)據(jù)的改正模型，即電離層模型，還包括流層模型以及接收機鐘差改正模型。

3.3 觀測點的選擇

觀測點的選擇對于最后測量結(jié)果是非常重要的。因此，選擇觀測點的時候，應(yīng)當尤其的注意觀測點是否有信號噪聲，并且受到信號的遮擋，或者是容易產(chǎn)生多路徑效應(yīng)，這些位置都是不好的。選擇觀測點時，需要根據(jù)基線向量進行初始的計算，然后通過相位雙殘差曲線圖的相關(guān)內(nèi)容應(yīng)當進行再一次的測量，并且對于衛(wèi)星在時間點中測量數(shù)據(jù)的失常，需要對相應(yīng)的測量點進行刪除，并且重新進行基線向量的計算，對雙殘差曲線進行重新的計算，使得基線向量的指標是完全的符合規(guī)定的。

觀測點平差的計算，是建立在精度指標的標準之上的。工程設(shè)計之初，就應(yīng)當對相關(guān)的數(shù)據(jù)確定精度的指標，并且能夠?qū)τ谥貜?fù)基線進行誤差的測量和計算，各個測量點需要同步開始測算，對分量閉合差和全長閉合差進行檢驗，如果超出標準的限度，進行檢測與分析，從而進行補測。

3.4 長時間、多時段的持續(xù)觀測

在對觀測點進行觀測的時候，采用的是靜態(tài)定位的方法，而對觀測點的基線測量需要耗費一定的時間，這個時間的長短也會對精確度產(chǎn)生一定的影響，通常來說，需要在不同的兩個時段來進行測量，每一次的測量需要持續(xù)1～3個小時為佳。

4 結(jié)語

GPS定位技術(shù)通過利用空間衛(wèi)星的定位優(yōu)勢，通過信號的處理來對地理空間上的測量點獲取所需的測量數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，GPS定位技術(shù)在測量結(jié)果的準確性方面具有先天的優(yōu)勢，并且使用方法也更加方便，能夠?qū)芨叱虦y量的精確率以及效率方面有所提高。

參考文獻

[1] 李征航，黃勁松.GPS 測量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學出版社，2005.

[2] 嚴義強.論GPS高程測量的影響因素與對策[J].測繪與空間地理信息，2013（8）：194-195.

[3] 張月.GPS控制網(wǎng)高程測量及精度評定[J].鐵道勘察，2011（4）：11-13.

[4] 趙杰.GPS高程測量技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用[J].廣東科技，2014（22）：123，134.