工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析

穆　寧（安徽省水利水電勘測設計院勘測分院，安徽蚌埠233000）

工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析

穆寧（安徽省水利水電勘測設計院勘測分院，安徽蚌埠233000）

在工程測量中，GPS技術得到了廣泛的應用，并逐步取代了傳統的測距和測角手段。一般在具有較大面積的面狀城市的基礎控制網測量中，能夠形成比較理想的GPS網形。但是在很多工程測量中，由于存在較少的已知點，GPS控制網的精度可能會受到影響。本文對GPS技術在工程測量中的應用進行了簡要的分析，并分析了影響GPS高程測量精度的主要因素，以及提高GPS高程測量精度的具體途徑。

GPS控制測量平面；高程精度；工程測量

引言

20世紀80年代開始，GPS測量技術開始出現并逐步投入使用，其主要包括用戶設備、地面監控系統和空間衛星星座，衛星所發射的無線電信號會由GPS導航定位接受，從而完成測量工作。然而GPS控制測量的精度難以進行直觀的控制，當前GPS商業平差軟件也不能顯示出可靠的精度。而且在GPS控制測量中，如果缺少理想的網形條件，往往會產生較大的高程誤差。

1　GPS控制在工程測量中的應用

1.1應用實例1

以某礦區的GPS測量為例，具體GPS網略圖如圖1。其中測區內原有的導線點用D1、D2表示，該坐標系使用四等水準高程；C級GPS測量點用C4～C7表示，該坐標系使用的是二級水準高程，并以此作為起算的成果。在測量中每個時段都使用了6臺靜態GPS進行觀測，在平差計算中先將4個C級點作為已知點，然后在其中選擇3個C級點，以此為已知點，D1、D2和另一個C級點作為未知點進行計算。根據計算結果發現，在平差位置較差方面，以各點為起算點的計算結果比較平均，沒有超過精度允許的范圍，最大的坐標較差是25mm，但是高程較差均已超出了允許誤差范圍，最大高程較差達到了0.678m，最小較差也達到了0.052m［1］。

1.2應用實例2

某工程立足于已知點進行GPS控制測量，E級GPS網如圖2～3，其中C1～C4四個C級已知點屬于二級水準高程，以以上四點的高程作為該控制網的高程起算點。在實際測量中，測量區域高程 600～800m，E1、E2共點，C4高程 463m、C3高程396m、C2、C1兩個點的高程均為150余米。比較二圖可知，在網形結構較差的情況下，平面位置不會受到太大的影響，但是會產生較大的高程誤差，E2的誤差達到了0.457m，E1的誤差達到了0.234m［2］。

圖1　某礦區GPS測量示意圖

圖2　某工程測量GPS網

2　造成GPS技術高程精度誤差的影響因素

2.1GPS高程擬合方法

GPS測量技術會對大地高進行測量，然后運用水準測量的方式將正常高得出來，二者的差值就是高程異常，再對其進行擬合，得出似大地水準面。此時只需運用一定的計算方法，就能夠對未知點的高程異常進行測量。為了克服傳統測量方法中幾何水準高程值的精度較低的問題，可以運用水準測量來對高程進行測量，減少高程誤差。這種方法是先測量少數GPS點的高程，再運用擬合手段將其他GPS點的高程計算出來。但是在實際應用中如果擬合模型選擇不當，就會導致高程誤差過大［3］。

圖3　某工程測量GPS網

2.2公共點幾何水準測量精度

在正常情況下，要得到測量點的正常值，只需對其大地高測量值和高程異常值的值差進行控制即可。當前往往要運用數學方法來對高程異常值進行計算，在獲取數值的過程中，測量點的幾何水準高程測量差與GPS大地高之間的差值會產生較大的影響。如果沒有嚴格有效的控制水準測量的精度，就難以保證高程異常值的精度，容易出現高程精度誤差。

2.3GPS大地高的測量精度

要對GPS的正常高進行準確的計算，其前提條件就是GPS大地高程觀測數據的準確。系統生成模型誤差、天線對中誤差、天線整平誤差、接收設備問題、電離層延遲、多路徑效應、對流層延遲、衛星鐘差一級衛星星歷誤差、關于衛星誤差的相對論效應等都會影響GPS大地高測量精度。如果是運用GPS技術進行靜態測繪，往往要保證信號接收設備的數量能夠滿足測量需要，并對控制點的準確性進行保證，但是在實際測量工作中往往難以確定采樣觀察時間，也難以保證信號接收設備的數量和控制點的準確，容易造成高程精度誤差。

在實際測量中還有一些主客觀因素也會對高程精度造成影響，例如測量現場有磁場、不適合測量的環境、天線高量取不準等［4］。

3　提高工程測量中GPS測量精度的具體途徑

3.1對控制點的布設進行強化

要對其他控制點的高程值精度進行保障，就必須保障高程起算點的精度。因此在工程測量中，應該科學的布設控制點，對高程起算點的測量精度和穩定性進行控制，而且擬合所需的水準點數量不得少于6個，并盡量均勻分布。對于范圍較大的測區，要提高高程擬合的精度，還可以分區進行擬合模型的構建。

3.2對高程擬合法進行合理運用

在擬合似大地水準面時，數學曲面構件法是一種比較常用的方法。通過該方法對大地水準面進行擬合之后，就可以對GPS測量點進行計算，并將待測量點的正常高值計算出來。在實際工程測量中，應該對高程擬合法進行合理的選擇和運用，例如可以選擇二次曲面擬合法、樣條函數法、多面函數法、平面擬合法，其中應用范圍最廣的是二次曲面擬合法，該方法得出的高程異常值具有相對較小的誤差。具體測量時也要根據不同的觀測環境來選擇不同的擬合方法［5］。

3.3準確量取天線高

如果天線高的測量存在誤差，也會對高程精度造成影響，而在實際測量中很多觀測者往往對天線高測量不夠重視。在進行野外測量時，應該將天線的斜高作為測量值，將天線圓盤均分為三等分，然后將其分別放置在不同的方向，測量不同方向的天線高。天線高的測量誤差不得超過3mm，再對其平均值進行計算。不同的天線類型也會影響天線高，因此在野外測量時還要嚴格的控制相位中心的高度。

3.4修正電離層誤差

衛星信號會受到大氣電離層的影響，造成信號的反射和折射，從而使信號接收的過程中出現偏差，影響高程精度。測量人員可以采取以下措施修正電離層誤差：①多頻觀測修正，也就是在一個測量點上測量多個偽距，然后將偽距測量值的折射率計算出來，得出折射改正數值。②同步觀測修正。選擇兩個觀測站，距離不超過20km，同時進行觀測，再以觀測結果為依據，計算電離層的測量精度，從而修正衛星信號的參數精度，降低高程精度誤差。③電離層模型修正。運用電離層模型來對衛星信號參數進行修正，在電離層模型中納入得出來的參數，然后進行對比，對衛星信號的參數精度進行修正。以上三種方法中，修正作用最大的方法是同步觀測修正，能夠使高程精度誤差降到較低值，經修正之后的高程精度誤差甚至可以忽略。

3.5選擇合適的測量基站、測量點和測量時間

如果測量范圍內的地質條件比較復雜，往往容易產生較強的磁場，周圍的強磁場會影響衛星信號接受儀對衛星信號的接收，從而影響測量精度。因此應該盡量不要選擇地質條件過于復雜的區域來設置測量基站和測量點。盡管GPS控制測量受到氣候條件的影響不大，但是在測量時間的選擇上，還是要盡量避開不良天氣，避免對流層中的塵埃干擾衛星信號，或者過強的空氣對流影響衛星信號的接收。要盡量避免測量誤差，應該選擇天氣狀況較好的時間段進行工程測量。

4　結語

GPS測量技術已經在很多工程測量中得到了應用，其具有功能齊全、測量效率高的優點，然而在平面和測量高程精度方面仍然存在一定的問題，很多因素都會對GPS控制測量的高程精度造成影響。因此必須進一步加強對GPS控制測量技術進行探討和研究，繼續提高GPS控制測量的精度，發揮其在工程測量中的應用價值。

［1］葉志剛.工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析［J］.數字技術與應用，2014（01）.

［2］趙行鋒.工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析［J］.中外企業家，2014（08）.

［3］蘇志華，周春柏，劉晚霞.工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析［J］.測繪通報，2012（03）.

［4］馬保軍.淺析網絡RTK高程精度的分析及在實際中的應用［J］.科技創新導報，2013（21）.

［5］徐肖豪，楊傳森，劉瑞華.GNSS用戶端自主完好性監測研究綜述［J］.航空學報，2013，34（3）.

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2095-2066（2016）26-0115-02

2016-8-30