關于工程測量中GPS控制測量平面與高程精度的研究

周邦發(fā) 張進標

摘要：目前我國經濟和科學技術在飛速發(fā)展，工程測量領域也因此得到了飛躍的進步，而這一進步主要體現(xiàn)在將GPS測量技術廣泛應用在工程測量工作中。不過在實際的操作中可以發(fā)現(xiàn)，應用了GPS的工程測量總是會在平面和高程精度的方面存在著缺陷，這就造成了GPS測量技術無法滿足大部分工程施工的要求，為此本文對工程測量中GPS控制測量平面與高程精度作出了簡要的分析。

關鍵詞：工程測量;GPS;控制測量

GPS測量技術在1970年左右由美國研制而成，隨著科學技術的發(fā)展，在1994年全面建成并且被應用在實際中，而且還得到了普及。GPS技術的組成分為三個部分，分別是空間星座、地面控制以及用戶設備。GPS技術又稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，一些在空間保持飛行的衛(wèi)星會不斷向地面發(fā)射出不同的頻率，同時無線電信號加載了一些特殊的定位信息，它就是通過這樣的方式來實現(xiàn)對地面信息進行定位。近些年GPS技術在不斷發(fā)展，并且被廣泛應用在各個領域當中，工程測量也包括在內。

一、GPS測量技術在工程測量中的應用現(xiàn)狀與影響

GPS測量技術擁有著很多的優(yōu)點，例如：速度快、精準度高、使用費用少自己操作簡單等，正是由于它具有這么多的特點，被廣泛應用在工程測量中，并且它在當前已經完全替代了傳統(tǒng)測量技術的地位。但是GPS還是存在著一些不足，它的網形不夠理想，并且已知點不夠多，已知點的分布也不夠均勻，如果改善它的這些不足那么在測量中能達到高度精準，在實際的測量過程中都會出現(xiàn)這些因素，由于這些因素的影響導致了測量的結果不夠精準。為了對這些因素的影響程度作出確定，一些相關的人員對GPS的控制網作出了測繪和實際的分析，在分析的過程中采取了不同的起算點，并且測量和計算出相對應的結果，最后對這些結果進行排列以及對比。但是經過分析之后發(fā)現(xiàn)，在平面位置上采用的起算點對于測量的結果沒有太大的差別，即是無論采用哪一個起算點，所測量出的結果都不會有太大的誤差，這就說明了GPS測量技術用于平面測量上不會存在較大的影響。而在高程測量上，最大的誤差為0.678m，而最小的誤差也達到了0.052m，最小的誤差也不在允許誤差的范圍內，這就說明了GPS測量技術只對高程測量的結果造成影響較大。為此，我在下文中對影響高程測量的因素作出分析，并且提出了一些解決的方式。

二、影響高程測量精度的主要因素

（一）GPS大地高程測量精度

精度高的GPS大地高程測量數(shù)據(jù)對于測量出精度高的結果有著重要的作用，它還是推算出精度較高的GPS正常值的一個重要的基礎。在我們的分析中得出，影響測量精度的因素主要有衛(wèi)星誤差、信號傳播的誤差和接收設備的誤差這三種，衛(wèi)星誤差主要包括：衛(wèi)星星歷誤差、相對論效應以及衛(wèi)星鐘差等，信號傳播的誤差主要有：對流層和電離層延遲、多路徑效應等，而接收設備的誤差主要是：天線對中誤差、天線相位中心導致誤差以及天線整平誤差。除了這三種誤差的因素以外，如果我們在選擇模型時不嚴謹，選用了有誤差的模型，這樣也會導致數(shù)據(jù)處理出現(xiàn)誤差。所以，我們在采用GPS測量技術對靜態(tài)物進行定位測量的時候，應該保證一切數(shù)據(jù)的準確性，例如：確保控制點位置準確、接收機數(shù)量充裕、觀測數(shù)據(jù)滿足標準，不僅如此，還需要對天線的高度和衛(wèi)星的截止高度角作出嚴格的監(jiān)控。只要將以上所描述的問題做好或者避免其的發(fā)生，這樣就能保證測量的精度。

（二）公共點幾何水準測量精度

除了大地高程測量精度，公共點幾何水準測量精度也會影響到GPS技術高程測量精度，這是由于我們在對高程異常值以及測量點的高度差這兩個數(shù)值的控制不夠嚴謹，導致了這兩個數(shù)值出現(xiàn)誤差，否則是可以得到一個正常的數(shù)值。如果想要得到高程異常值，可以采用數(shù)學方法來進行擬合。除此以外，測量區(qū)域一些點的數(shù)值也會和這些有相關，例如：GPS大地高差值、相應的幾何水準高程測量值的差值。為此，我們想要得到高程異常值的精度，首先要確定好高精度的幾何水準測量起算點。

（三）GPS高程擬合的方法

在我們對高程異常值的計算時，是將大地高減去正常高，得出來的數(shù)值就是高程異常值，而大地高的測量是采用GPS測量技術，正常高的測量是采用水準測量技術。而GPS高程擬合的方法主要是：將大地水準面采用高程異常的方式將其擬合出，然后通過解算就能得出未知點的高程異常值。它可以完美解決傳統(tǒng)方法的不足，例如：工作量大、測量時間長以及測量花費大等，但是傳統(tǒng)的方法對于幾何水準高程值的測量有著比較高的精度。但是我們在使用GPS測量技術時，必須要得到GPS高程擬合模型的支持，否則無法進行，由此可知，GPS高程擬合模型對于GPS測量技術有著非常重要的意義。

三、提高GPS高程測量精度的措施

（一）關于高程控制點

在上文我們可以得知高程控制點在GPS高程測量精度中會有所影響，因此我們需要強化高程控制點，選擇一個高精度的高程起算點，這樣就能保障了通過擬合獲取的GPS高程點都能在測量的標準之內。我們在對高程控制點進行強化的工作時，應該盡可能保證到擬合所需的水準點分布均勻，并且所需要的擬合水準點要多于六個。還需要注意的一點是，當遇到測量區(qū)域的面積比較大并且地形復雜的時候，我們可以將測量區(qū)域進行分區(qū)，對每個區(qū)分別建立擬合模型，這樣能有效提高高程擬合的精度。

（二）針對大地高測量采用的方法

在前面得知天線高測量出現(xiàn)誤差也會影響到GPS高程測量精度，為此我們需要使用正確的方式來測量天線的高度，并且對于天線測量的工作要提高重視。我們在進行野外測量工作時，可以將天線的斜高作為測量的數(shù)值，并且在測量的過程中將天線的圓盤分成三等分，每一份的數(shù)值為120度，并且這三等分是向著三個不同的方向，還需要保證測量出來的天線高度誤差在0～3mm的范圍內，最后采用他們的平均值。還有一點是我們需要注重的，那就是在我們進行野外測量工作的時候，會采用到不同規(guī)格類型的天線，而他們相位中心的高度也會有所區(qū)別，因此我們需要對他們進行適度的調整。

（三）選用合理的高程擬合數(shù)學模型

我們都知道，想要GPS測量技術達到高精度是需要高程擬合數(shù)學模型的支持，因此我們要對高程擬合數(shù)學模型的應用要合理并且要對其加大重視。在正常的情況下，我們首先需要對似大地水準面進行擬合的工作，而這時是需要得到數(shù)學曲面構件法的支持，因此我們可以采用數(shù)學曲面構件法來推算出控制點和待定點的正常高。而我們一般采用的擬合方法有四種，它們分別是：平面擬合法、多面函數(shù)法、樣條函數(shù)法以及二次曲面擬合法。其中二次曲面擬合法在平時的使用中的利用率是最高的，因為它能得到比較高精度的高程異常值，但是就算二次曲面擬合法有這一特點，它也并不是適用于所有的工程測量，我們在實際的測量中還是需要考慮實際的地形和地貌等因素。

（四）修正電離層誤差

電離層誤差是屬于信號傳播的誤差，如果它出現(xiàn)了誤差，那么也會導致GPS測量技術操作的過程中出現(xiàn)失誤，從而影響到了GPS測量的工程平面與高程精度。我們在實際的電離層誤差修正的工作中，主要會采用三種方法，分別是：多頻觀測修正、同步觀測修正自己電離層模型修正，這三種方法都能有效地保證了工程測量中GPS測量技術的正常操作，而這三種方法中，有一種方式的使用效果最佳，那就是同步觀測修正法，在很多時候我們運用了這一方法之后，在進行GPS測量技術時，基本可以忽略電離層曲面帶來的影響。

四、結語：

上文對工程測量中GPS控制平面與高程精度作出了簡要的分析，通過分析我們可以發(fā)現(xiàn)GPS測量技術對于平面精度的影響非常小，但是對高程精度的影響很大。為此我提出了一些能有效解決這一問題的措施，這些措施能大大提高工程測量中應用GPS測量技術的高程精度。最后，希望我的研究對于相關的工作人員能有所幫助。

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