工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析

王濤

摘 要：當前GPS技術已經在我國的工程測量中得到了普遍的應用，也發揮了重要的作用，但是GPS技術在工程測量中往往也會出現一些誤差，主要表現為高程誤差。本文結合工程實例簡要介紹了GPS技術在我國工程測量中的應用狀況，并探討了誤差產生的原因，以此為基礎提出了控制工程測量中高程精度的具體措施。

關鍵詞：GPS技術；工程測量；高程精度

1 GPS技術在我國工程測量中的應用狀況

GPS技術的優勢在于測量的準確性較高、定位較快、測量時間較短，尤其適用于野外勘察測量，具有較強的便攜性。GPS控制測量技術的基礎技術是遙感技術和衛星定位技術。因此在開展測量時應該對接收設施、大氣層、衛星軌跡等因素進行充分的考慮。

2 GPS測量出現高程精度誤差的具體原因

一般情況下，測量人員主要是運用衛星信號來進行導航定位。此時應該設置一個GPS接收機，接收3顆以上的衛星發出的信號，然后再用一定的換算方法，對衛星信號進行處理，從而得到這些衛星與測量點在該時間段內的距離。在特定的時間段內，GPS衛星具有一定的空間坐標，經過換算之后，能夠將該時間段內該測量點相對地球的三維坐標得出來。一般的測量步驟是接收衛星信號、進行參數轉換、輸出坐標值。然而如果遇到陰雨天等不理想的天氣狀況，或者大氣層中具有過多的干擾物質，就可能對衛星信號的傳輸和接收造成干擾，導致衛星信號的接收出現失真或者偏差，這也是運用GPS控制測量技術進行工程測量時，出現精度誤差的主要原因。與此同時地質條件也會對測量精度造成一定的影響，如果測量現場的地質條件具有強磁場，也會干擾衛星信號。在工程測量中，高程異常情況出現的比較頻繁。就是密度分布不均勻的地下物質產生的異常重力影響了高程測量的結果。在工程測量中往往會進行GPS高程擬合，就是用GPS對大地高進行測量，再用水準對正常高進行測量，對二者差異進行擬合，得出似大地水準面，然后經過一定的結算，能夠出高程異常。

圖1和圖2為某礦區使用不同已知點進行測量的E級GPS網，C級 GPS 點是C1-C4，屬于二等水準高程，將其作為起算結果。E 級 GPS 點為E1-E4，C2、C1高程為200多米，E2和E1共點，C4的高程是572米，C3的高程是441米，礦區高程為700-900米。對比圖1和圖2的測量結構發現，在網形結構較差的情況下，平面位置受到的影響不大。該測量實例中平面坐標的最大較差是31米，沒有超出精度允許范圍。但是E2的高程較差為0.601米，E1的高程較差為0.448米，具有較大的高程誤差。

3 控制工程測量中高程精度的具體途徑

在工程測量中，GPS技術仍然具有較大的優勢，然而如何應對GPS控制測量中的高程精度問題關系到工程測量的準確性。在運用GPS進行工程測量時，應該對其高程擬合要求和工作原理予以充分的考慮，采取有效的措施來控制高程精度。

3.1 提高GPS接收儀的精度 控制測量精度的要點在于控制衛星信號的接收質量。如果GPS接收儀的精度較低，對衛星信號不敏感，容易出現測量偏差。特別是野外工程測量往往會遇到比較復雜的地質條件或氣象條件，信號干擾較多。由于測量周圍的地形復雜，容易構成磁場，干擾信號。因此應該進一步提高GPS接收儀的精度，選擇精度更高的GPS接收儀。高精度的GPS接收儀對信號變化的參數偏差更為敏感，能夠更加準確地分辨正常工作信號和干擾信號，保障計算選擇的合理性和科學性。

3.2 盡量避免不良天氣的干擾 在野外測量中如果遇到不良天氣，大氣對流層中的信號干擾物質較多，對流較為強烈，很容易對GPS接收儀的信號接收工作造成影響，影響高程計算的準確性。在開展工程測量時盡量避開不良天氣，選擇天氣狀況較好的時間來開展工程測量工作，以免高程計算出現誤差。

3.3 進一步修正電離層誤差 衛星信號會受到大氣電離層的折射、反射和干擾作用，導致GPS接收到的衛星信號出現較大的偏差，因此應該采取適當技術措施進行修正，主要的修正方式包括同步觀測、電離層模型、多頻觀測。①同步觀測。兩個觀測站的距離在20千米之內，進行同步觀測，以二者機械兩端的觀測差值為依據，計算電離層測量精度，對測量數據進行糾正。②電離層模型。使用電離層模型來對參數進行修正，將得出的參數放置在電離層模型之中進行參數對比，修正參數精度。③多頻觀測。在一個測量點上測量多個偽距，然后對不同頻率測量得到的偽距測量值的折射率差異進行計算，得出折射改正數值，對GPS測量精度進行提高。

3.4 選擇測量點和測量基站 測量點測量基站的選擇也會對測量的精度造成影響。在選擇測量點時要盡量避開比較復雜的地質情況，避免分布不均勻的地下介質密度造成測量現場周圍的較強磁場，影響和干擾衛星信號的接收。

3.5 提高對天線測量精度的重視 天線測量精度往往沒有得到測量人員的足夠重視，事實上如果將野外作業天線設置成斜向上的發散狀，由于天線高程出現誤差，測量基站在測量該點的高程時也會出現誤差。因此應該提高天線測量的精度，避免較大的高程測量誤差。

3.6 選擇科學的高程擬合數學模型 高程擬合必須在數學曲面模擬大地水準面模型中進行數據換算，數學計算的精度也會影響高程精度，造成待測點高程和正常點高程具有較大的差值誤差。因此應該選擇科學的高程擬合數學模型，可以使用多面函數法、樣條函數法、二次曲面擬合法、平面擬合法，特別是二次曲面擬合法能夠有效地降低數據參數誤差，具有較高的計算精度。

4 結語

本文結合工程實例，對GPS測量技術在工程測量中的測量精度問題進行了簡要的分析。當前我國的工程測量中廣泛地應用到了GPS測量技術，GPS測量技術也在不斷完善和改進。從基礎設施設備、數學模型計算、測量方式、測量技術層面來控制測量高程精度，使GPS技術能夠在工程測量中發揮更大的作用。