GPS高程測量誤差探析

摘要：本文針對GPS測量的特點，對GPS高程測量的誤差進行了分析，對GPS高程測量的方法進行了有益的探索和嘗試，通過實際作業分析得出GPS高程測量精度是可以達到四等水準測量要求的。本文圍繞如何提高 GPS 高程擬合精度進行分析，結合測量中的實際情況，重點提出在GPS測量中避免和降低誤差對測量的影響。

關鍵詞：GPS；高程測量；誤差；精度

1 概述

計算機技術的發展與應用，給我們測繪技術帶來了翻天覆地的變化，由模擬圖變成了數據，提高了工作效率和產品質量，大大減輕了測繪人員的外業工作。技術的應用又給我們測繪帶來了一場新的革命，標志著測繪概念的新轉變GPS技術由最初的軍用到民用，只經過了三年的時間，使用戶數劇增，軍用只占19/6，目前GPS作為新一代的衛星導航定位系統，已在軍事、交通運輸、測繪、導航、精細農業、林業、資源調查、環境監測、移動通信等諸多領域中得到廣泛應用，給人們生活帶來了巨大變化。本文就GPS測量中的誤差來源與分析作了一些建議。

2 GPS測量的特點

GPS測量與常規控制測量相比較主要有一下特點：①測量精度高。GPS觀測的精度明顯高于一般常規測量，在小于50km的基線上，其相對定位精度可達1*10？6，在大于1000km的基線上可達到1*10？8。②測站間無需通視。GPS測量不需要測站間相互通視，可根據實際需要確定點位，使得選點工作更加靈活方便。③觀測時間短。隨著GPS測量技術的不斷完善，軟件的不斷更新，在進行GPS測量時，靜態相對定位每站僅需20min左右，動態相對定位僅需幾秒鐘。④儀器操作簡便。目前GPS接收機自動化測度越來越高，操作智能化，觀測人員只需對中、整平、量取天線高及開機后設定參數，接收機即可進行自動觀測和記錄。⑤全天候作業。GPS衛星數目多，且分布均勻，可保證在任何時間、任何地點連續進行觀測，一般不受天氣狀況的影響。⑥提供三維坐標。GPS測量可同時精確測量測站點的三維坐標，且其坐標可以是多樣化的，可以是全球統一的坐標，也可以采用54坐標和80坐標，還可以采用自定義的獨立坐標系。高程則是大地高。

3 GPS定位誤差分析

3.1 GPS定位測量的誤差來源

GPS定位測量的誤差主要來源于以下幾個方面：

⑴來自衛星部分的誤差：主要有星歷誤差、衛星鐘誤差、相對論效應。

⑵來自信號傳播有關的誤差：主要有電離層折射誤差的影響、對流層折射誤差的影響、多路徑效應。

⑶與信號接收有關的誤差：主要有接收機鐘誤差、接收機的位置誤差、天線相位中心位置的偏差。

⑷其他方面的誤差影響：如地球自轉和地球潮汐的影響。

3.2 減弱GPS測量誤差的措施和方法

⑴加入全球的衛星監測網站，以獲得高精度的衛星星歷；

⑵利用同步觀測值在不同的衛星與衛星之間、歷元與歷元之間進行差分處理；

⑶進行整周模糊度解算，經實驗得出若同步觀測時間在1h以上，可獲得較好的穩定性。

4 利用GPS高程測量方法求正常高或正高精度探析

4.1 GPS高程測量本書的精度分析

對衛星部分的誤差、與信號傳播有關的誤差和與信號接收機有關的誤差，我認為作業者要認真按要求選擇合適的GPS點來構成GPS網，減弱多路徑誤差和對流層延遲折射誤差；注意星歷預報，選擇合適的觀測時間采用合理的觀測時段，改善GPS衛星星歷的精度；同時應注意設站時嚴格地中和整平儀器，儀器盡量地設得高一點，準確地量取天線高，若能做到這些，GPS高程測量的誤差經實踐證明是可以滿足三等控制的要求的，但我們所要求的高程并不是大地高而是正常高和正高，故必須精確地求出高程異常值或大地水準面差距。

4.2 高程異常值（大地水準面差距）的求取方法

GPS得到的是大地高程，也即橢球高，實際應用中所采用的高程為海拔高程，兩者之間存在高程異常值的差異，即：h=H-N，其中h為一點的海拔高程，H為該點的大地高程，N為該點的高程異常值（又稱大地水準面差距），要想從大地高程精確歸算到海拔高程，就要獲取準確的高程異常值。

據有關文獻資料可知，高程異常值的獲取方法大致有如下幾種：

⑴從國家高程異常值圖上查取，但精度不高，一般為厘米級。

⑵從全球高程異常模型中得到，如國際上廣泛采用的OSU91A；此方法同樣精度不高且不適合我國。

⑶從局部地區的精化大地水準面模型中得到。這種方法往往精度較高，在幾個cm～10幾個cm之間，但是目前可提供使用的地區很有限。

⑷利用GPS水準高程擬合測量方法求得GPS重力高程測量是用重力資料求定點的高程異常，結合GPS求出的大地高，再求出點的正常高（或正高）的一種方法。

從目前我國的大量實際資料統計來看，GPS重力高程的精度低于GPS水準高程。故采用重力場模型和GPS水準相結合的方法是一條有效的途徑。其做法是；先按重力場模型計算地面點的高程異常，在GPS網中再聯測部分點的幾何水準，也可以求出這些點的高程異常，即可求出聯測點的兩種高程異常差，根據聯測點平面坐標和高程異常，按曲面擬合法推求其他店的高程異常，從而求出點的正常高。

4.3 用GPS水準高程擬合測量方法求得GPS點的高程的精度探析

首先，應根據測區的情況，合理布設已知點，并選定足夠已知點；根據不同測區。選用合適的擬合模型；對高程大于100m的測區，一般要加地形改正；對含有不同趨勢地區的大測區，可采取分區計算的方法，計算時，坐標取得m或10m，但高程異常應取到毫米。計算結果應由計算機繪出測區高程異常等值線圖，以便分析測區高程異常變化情況，提高擬合計算精度。

以下是我們在具體的工作中所布設的GPS網中的高程精度情況，在工作中，我們為了探討GPS的精度，對所有的GPS點都進行三等水準測量，并進行嚴密平差得出點的高程，同時利用GPS測量方法測得各點的高程數據，在高程擬合時分別采用一個已知點、兩個已知點、三個已知點和四個已知點來進行高程擬合，所得結果列表如下：

以上數據只是針對一個較為簡單的網而討論的，數據還不夠全面，從中我們可以看出，只要選擇的合適，利用GPS獲取較高精度的高程是完全可以的。

5 結束語

⑴ 我國地形復雜，大部分地區為高山地區或丘陵地，為滿足工程建設的需要，在條件具備的情況下，利用GPS測量技術是可以做到同時完成平面、高程測量，充分發揮GPS測量的優勢，提高工作效率。

⑵ 在測區范圍較小，地形變化小的測區內，先利用幾何水準均勻的布測一些基本高程控制點，然后可以用GPS高程測量代替幾何水準測量測設圖根水準或測站點水準。

⑶ GPS儀器的選用要選擇精度不低于基線精度5mm+1ppm、高程精度10mm+2ppm，性能較為穩定且受外界環境因素影響小的GPS接收機。

⑷ GPS高程測量觀測時要充分考慮影響GPS測量精度諸如GPS圖形結構，電離層影響，正確量取天線高等因素。最大程度低減少誤差影響。

⑸ 外業實施過程中，要經常性地聯測一些已知水準點，隨時進行高程比較，以避免氣候等不確定因素引起的觀測數據粗差。我們曾有一次采用性能不好的接收機，同時在外界環境較差的條件下進行數據采集時，所有基線都不合格，不能進行基線解算和網平差計算。

在GPS測量過程中，應當合理安排測量日程，選擇合適的站址，遠離大面積平靜的水面，遠離高大建筑物和高壓電線，認真操作，精確平整對中，從而消除或減低 G PS 測量過程中誤差的影響。

參考文獻：

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