簡析GPS技術(shù)在高程測量中應(yīng)用存在的誤差及其策略

【摘要】GPS技術(shù)在高程測量中的應(yīng)用可以通過將若干已知GPS點(diǎn)的正常高與GPS測量所得的大地高之間進(jìn)行高程異常的比較，并通過相應(yīng)的平面坐標(biāo)和高程異常采用數(shù)值似合計(jì)算方法，擬合出區(qū)域的似大地水準(zhǔn)面，即可解出各點(diǎn)高程異常值，進(jìn)而求出各GPS點(diǎn)的正常高。但是由于各種因素的影響，使其存在諸多誤差現(xiàn)象，基于此，本文簡述了GPS技術(shù)在高程測量中應(yīng)用的基本原理，對GPS技術(shù)在高程測量中應(yīng)用的誤差及其應(yīng)對策略進(jìn)行了簡要分析。

【關(guān)鍵詞】GPS技術(shù)；特征；基本原理；高程測量；誤差；應(yīng)對策略

一、GPS技術(shù)在高程測量應(yīng)用的基本原理

GPS技術(shù)在高程測量中應(yīng)用的基本原理是通過GPS技術(shù)獲得測量點(diǎn)的大地高數(shù)據(jù)，然后通過水準(zhǔn)測量獲得測量點(diǎn)的正常高數(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?zhǔn)面進(jìn)行擬合，從而得出測量區(qū)域內(nèi)的高程。通過GPS技術(shù)對高程進(jìn)行擬合，需要對一定范圍內(nèi)的測量點(diǎn)構(gòu)建起似大地水準(zhǔn)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(diǎn)，并且應(yīng)當(dāng)在一定的密度范圍之內(nèi)，通過這些測量點(diǎn)的水準(zhǔn)聯(lián)測，取得測量點(diǎn)的大地高與正常高，從而獲得高程異常，進(jìn)一步的構(gòu)建出測量區(qū)域內(nèi)的似大地水準(zhǔn)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(diǎn)密度、測量點(diǎn)的數(shù)量與分布等的影響。

二、GPS技術(shù)在高程測量中應(yīng)用存在的主要誤差分析

GPS技術(shù)在高程測量中應(yīng)用存在的誤差主要有：（1）GPS技術(shù)本身存在的測量誤差。具體表現(xiàn)為：第一衛(wèi)星本身運(yùn)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。第二信號傳播產(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(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，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(jìn)行誤差的調(diào)整。第三信號接收設(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(jìn)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(yàn)來對數(shù)據(jù)處理模型的誤差進(jìn)行降低。（2） 擬合模型誤差。在對測量區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合模型的建立時(shí)，擬合點(diǎn)的數(shù)量的確定和擬合點(diǎn)的分布密度會使得擬合結(jié)果的準(zhǔn)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(zhǔn)面是否能夠達(dá)到最佳的擬合程度產(chǎn)生影響。似大地水準(zhǔn)面的形成主要是通過模型將測量點(diǎn)擬合成為一個(gè)曲面，其中需要采用相對負(fù)載的數(shù)學(xué)模型，而真正能夠與大地水準(zhǔn)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(jìn)行測量的時(shí)候?qū)Ω叱虜M合模型進(jìn)行正確與適當(dāng)?shù)倪x擇，從而提高精密高程測量的準(zhǔn)確度與可靠性。（3）水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測誤差。水準(zhǔn)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(zhǔn)聯(lián)測是通過測量區(qū)域內(nèi)的測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行。因此，水準(zhǔn)測量的精度需要進(jìn)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(diǎn)的粗差進(jìn)行測量，并且基于穩(wěn)健進(jìn)行相關(guān)的估計(jì)與分析。

三、GPS技術(shù)在高程測量中應(yīng)用誤差的應(yīng)對策略

1、使用精密衛(wèi)星星歷。選擇合適的測量方案后，對測量條件較好地觀測時(shí)段進(jìn)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(jìn)行對比，然后產(chǎn)生的影響也是不同的，由此來對觀測值進(jìn)行進(jìn)一步的修正。同時(shí)還可以使用不同的接收機(jī)來同時(shí)觀測，從而更多地觀測值來獲得相關(guān)差值，同時(shí)還能夠?qū)ο嗨普`差的特性進(jìn)行觀測。

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(jìn)行進(jìn)一步的修正。當(dāng)前的觀測值改進(jìn)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(dǎo)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(jī)鐘差改正模型。

3、合理選擇觀測點(diǎn)。合理選擇觀測點(diǎn)對于最后測量結(jié)果非常重要。因此選擇觀測點(diǎn)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)尤其的注意觀測點(diǎn)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(diǎn)時(shí)，需要根據(jù)基線向量進(jìn)行初始的計(jì)算，然后通過相位雙殘差曲線圖的相關(guān)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)進(jìn)行再一次的測量，并且對于衛(wèi)星在時(shí)間點(diǎn)中測量數(shù)據(jù)的失常，需要對相應(yīng)的測量點(diǎn)進(jìn)行刪除，并且重新進(jìn)行基線向量的計(jì)算，對雙殘差曲線進(jìn)行重新的計(jì)算，使得基線向量的指標(biāo)是完全的符合規(guī)定。觀測點(diǎn)平差的計(jì)算，是建立在精度指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)之上。測量前就需要對相關(guān)的數(shù)據(jù)確定精度指標(biāo)，并且能夠?qū)τ谥貜?fù)基線進(jìn)行誤差的測量和計(jì)算，各個(gè)測量點(diǎn)需要同步開始測算，對分量閉合差和全長閉合差進(jìn)行檢驗(yàn)。

結(jié)束語：

GPS技術(shù)在高程測量中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，其具有測量準(zhǔn)確性高、定位速度快、測量時(shí)間短等優(yōu)勢，為快速定位和獲取數(shù)據(jù)帶來了方便，但仍存在一定的誤差現(xiàn)象，因此為了提高GPS技術(shù)測量高程的質(zhì)量，必須加強(qiáng)對GPS技術(shù)在高程測量中應(yīng)用的誤差及其應(yīng)對策略進(jìn)行分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)義強(qiáng).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）

[2]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）