工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析

嚴(yán)小堅(jiān)

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)與科技的快速發(fā)展，我國工程測量領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了較為長足的進(jìn)步，GPS作為工程測量技術(shù)的一類，其應(yīng)用越來越廣泛，并逐步取代了傳統(tǒng)的測量手段。但是，GPS技術(shù)在應(yīng)用過程中，平面與高程精度方面存在不足，使得GPS測量技術(shù)難以滿足很多工程建設(shè)的需求。基于此，文章主要對工程測量中GPS控制測量平面與高精度進(jìn)行了簡單的分析，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：工程測量；GPS；測量平面；高程精度

引言

在工程測量的過程中，測量的數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，工程施工方案設(shè)計(jì)的可行性也就越高，工程施工過程也就更加高效快速，且工程施工質(zhì)量水平也越高。但在具體的工程測量中，GPS控制測量技術(shù)受多種因素的影響，例如已知點(diǎn)少、已知點(diǎn)分布不均勻、已知點(diǎn)位置不合理、控制網(wǎng)型不佳和難以進(jìn)行水準(zhǔn)測量等因素，難以通過直觀性方法來進(jìn)行修正，必須通過平差軟件等來修正誤差。

1影響高程測量精度的因素

在GPS工程測量過程中，能夠影響GPS高程測量精度的因素有：GPS大地高測量精度影響、公共點(diǎn)幾何水準(zhǔn)測量精度與GPS高程擬合方法的影響。下面我們就來簡單的論述一下：

1.1GPS大地高測量精度的影響

GPS大地高程數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性是保證GPS測量精度的基礎(chǔ)，從GPS測量現(xiàn)狀來看，影響GPS大地高測量精度的因素有很多，主要包括：衛(wèi)星誤差相對論效應(yīng)、信號傳輸對流層延遲等等，這些都會(huì)直接影響GPS的測量精度。此外，GPS大地高測量精度誤差的出現(xiàn)與系統(tǒng)生成模型誤差也有一些聯(lián)系。應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行靜態(tài)測繪的過程中，一定要確保控制點(diǎn)的準(zhǔn)確性，并安裝足夠數(shù)量的信號接收設(shè)備但是，在測量控制過程中，以上要求很難得到滿足，同時(shí)采樣觀察時(shí)間也很難達(dá)到原來的時(shí)間要求，因此高程測量精度也會(huì)受到很大影響。

1.2公共點(diǎn)幾何水準(zhǔn)測量精度的影響

在GPS工程測量過程中，有效控制大地高測量值的值差與測量點(diǎn)高程異常值，能夠保證其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在高程異常值計(jì)算過程中，利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，會(huì)發(fā)現(xiàn)公共點(diǎn)幾何水準(zhǔn)測量精度與GPS大地高測量精度存在較大差值，該差值的出現(xiàn)會(huì)對高程測量精度產(chǎn)生較大影響。若不能對水準(zhǔn)測量精度進(jìn)行準(zhǔn)確嚴(yán)格的控制，那么高程異常值精度則很難得到保證，這種情況下往往會(huì)出現(xiàn)高程精度上的誤差。

1.3GPS高程擬合方法選擇的影響

GPS高程擬合方法是指技術(shù)人員利用GPS測量技術(shù)得到大地高的數(shù)值，然后利用水準(zhǔn)測量得到正常高，計(jì)算大地高與正常高二者之間差值，即可得到高程異常值。利用高程擬合技術(shù)，雖然能夠避免高程誤差的出現(xiàn)，但在實(shí)際控制測量工作中，往往由于擬合模型選擇不對，獲得的結(jié)果也不準(zhǔn)確，最終必然會(huì)造成較大高程誤差的出現(xiàn)。因此，在GPS工程測量過程中，GPS高程擬合模型選擇的不當(dāng)會(huì)直接導(dǎo)致高程誤差的增加，影響GPS技術(shù)高程測量精度。

2工程測量中GPS高程精度提升的措施

2.1強(qiáng)化控制點(diǎn)的布設(shè)

要想保證其他各控制點(diǎn)高程值的精度，就必須確保高程起算點(diǎn)的精度。因此，在工程測量過程中，相關(guān)技術(shù)人員需要不斷強(qiáng)化控制點(diǎn)的布設(shè)工作，對控制點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理的布設(shè)，并嚴(yán)格控制高程起算點(diǎn)測量的精度及穩(wěn)定度。如，在控制點(diǎn)布設(shè)過程中，要保證擬合所需的水準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量大于等于6個(gè)，且注意這些水準(zhǔn)點(diǎn)是否能夠均勻分布。如果GPS測量技術(shù)需要進(jìn)行范圍較大的測區(qū)測量，工程測量人員可以通過分區(qū)構(gòu)建擬合模型的方式進(jìn)行控制點(diǎn)布設(shè)的強(qiáng)化。

2.2合理運(yùn)用高程擬合法

對大地水準(zhǔn)面進(jìn)行擬合的過程中，數(shù)學(xué)曲面構(gòu)件法比較常用，利用該方法擬合大地水準(zhǔn)面，可以確保GPS測量點(diǎn)計(jì)算的準(zhǔn)確性，同時(shí)還能計(jì)算出待測量點(diǎn)的正常高值。具體來說，在實(shí)際工程測量工作中，應(yīng)合理選擇并利用高程擬合法，例如，應(yīng)用樣條函數(shù)法、平面擬合法及二次曲面擬合法等方法都能很好的達(dá)到測量要求。二次曲面擬合法是其中應(yīng)用范圍最廣的一種方法；應(yīng)用該測量法得到的高程異常值誤差最小。具體在工程測量中，需要結(jié)合觀測環(huán)境情況的不同對不同的擬合方法進(jìn)行選擇。

2.3準(zhǔn)確量取天線高

通過對我國GPS工程測量現(xiàn)狀分析發(fā)現(xiàn)，在GPS測量技術(shù)應(yīng)用過程中，因天線高的測量存在誤差，引發(fā)高程測量精度不符合工程規(guī)定。因此，為了保證GPS工程測量精度時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確量取天線高，將天線的斜高作為測量值，并通過三等分天線圓盤進(jìn)行不同方向天線高的測量，這樣就能夠最大程度上保證天線高的量取準(zhǔn)確，工程測量中的GPS測量精度控制自然也將因此獲得較為有力的支持。

2.4修正電離層誤差

大氣電離層影響衛(wèi)星信號時(shí)，會(huì)出現(xiàn)信號反射、折射等問題，進(jìn)而在接收信號過程中就會(huì)出現(xiàn)一定偏差，對高程測量精度造成不利影響。測量人員可以合理選擇下列措施對電離層誤差進(jìn)行修正：

第一，多頻觀測修正。該方法是指一個(gè)測量點(diǎn)上對多個(gè)偽距進(jìn)行測量，并計(jì)算出這些偽距測量值的折射率，最終得到折射改正數(shù)值；

第二，同步觀測修正。該方法是指選擇兩個(gè)觀測站，注意兩個(gè)觀測站之間的距離不能超過20km，同時(shí)觀測，并以觀測到的結(jié)果作為依據(jù)，對電離層測量精度進(jìn)行計(jì)算，達(dá)到修正衛(wèi)星信號參數(shù)精度的目的，從而有效降低誤差。

第三，電離層模型修正。利用電離層模型可以修正衛(wèi)星信號參數(shù)以及獲得精準(zhǔn)的參數(shù)，進(jìn)而達(dá)到修正衛(wèi)星信號參數(shù)精度的目的。

上述方法中同步觀測修正是修正作用最大的一種方法，可以有效降低高程精度誤差，經(jīng)過修正之后獲得的高程精度誤差甚至可以達(dá)到忽略不計(jì)。

3工程測量中GPS控制測量高程精度實(shí)例分析

以某地區(qū)的GPS工程測量為例，該地區(qū)的GPS高程控制網(wǎng)施測范圍呈條帶狀，東西長約7.25km，南北寬約1.20km，測區(qū)面積8.11km2。為了檢驗(yàn)GPS高程測量的實(shí)際精度，技術(shù)人員在測區(qū)內(nèi)設(shè)置了6個(gè)控制點(diǎn)，平均邊長為2.3km。利用三等水準(zhǔn)測量方法測得各控制點(diǎn)的實(shí)際高程，然后利用GPS觀測的大地高差與其做對比分析。外業(yè)觀測完成后，采用南方測繪GNSS數(shù)據(jù)處理軟件，對基線向理進(jìn)行解算，并按不同的時(shí)間段分別截取，進(jìn)行分析處量，得到如下數(shù)據(jù)：

表1 各時(shí)間段的大地高差/m

有表1可知，為了得到較高質(zhì)量的GPS高程數(shù)據(jù)，觀測時(shí)間應(yīng)在60分鐘以上；采用二次曲面擬合方法，更容易較好的達(dá)到精度要求；內(nèi)業(yè)解算時(shí)，對于不合格的衛(wèi)星及數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，能提高數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。

結(jié)束語

綜上所述，GPS高程測量技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用十分廣泛，積極探究影響GPS控制測量平面與高程精度的原因以及高程測量精度提升的措施對于工程測量技術(shù)的改進(jìn)十分重要。

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