簡析GPS技術在高程測量中應用存在的誤差及其策略

【摘要】GPS技術在高程測量中的應用可以通過將若干已知GPS點的正常高與GPS測量所得的大地高之間進行高程異常的比較，并通過相應的平面坐標和高程異常采用數值似合計算方法，擬合出區域的似大地水準面，即可解出各點高程異常值，進而求出各GPS點的正常高。但是由于各種因素的影響，使其存在諸多誤差現象，基于此，本文簡述了GPS技術在高程測量中應用的基本原理，對GPS技術在高程測量中應用的誤差及其應對策略進行了簡要分析。

【關鍵詞】GPS技術；特征；基本原理；高程測量；誤差；應對策略

一、GPS技術在高程測量應用的基本原理

GPS技術在高程測量中應用的基本原理是通過GPS技術獲得測量點的大地高數據，然后通過水準測量獲得測量點的正常高數據，大地高與正常高之間的差值被稱為高程異常，通過高程異常的數據，采用高程擬合算方案，能夠對似大地水準面進行擬合，從而得出測量區域內的高程。通過GPS技術對高程進行擬合，需要對一定范圍內的測量點構建起似大地水準面，這就需要在測量的范圍之內布置一定數量的GPS測量點，并且應當在一定的密度范圍之內，通過這些測量點的水準聯測，取得測量點的大地高與正常高，從而獲得高程異常，進一步的構建出測量區域內的似大地水準面。通過多年的發展，目前關于GPS 高程擬合模型的相關研究已經比較充足，比較常見的GPS擬合模型包括有曲線擬合模型、神經網絡擬合模型、曲面擬合模型等，這些擬合方法由于采用的算法不同，得出的結果可能會有所差別，結果的精度對受到測量點密度、測量點的數量與分布等的影響。

二、GPS技術在高程測量中應用存在的主要誤差分析

GPS技術在高程測量中應用存在的誤差主要有：（1）GPS技術本身存在的測量誤差。具體表現為：第一衛星本身運行過程中產生的誤差，星歷誤差、衛星鐘差以及相對論效應等都會產生一定的影響。第二信號傳播產生的誤差。在信號傳播的過程中，可能會出現電離層延遲、對流層延遲、多路徑效應等，前面兩者的信號誤差問題能夠采用相關的算法來進行優化與改進，而多路徑效應產生的誤差可以通過天線中的扼流圈來進行誤差的調整。第三信號接收設備產生的誤差以及信號處理產生的誤差。在接收設備中，天線的整平和相位中心都可能產生誤差，而在信號處理中所采用的算法與模型也會有一定的誤差。前者能夠對天線的整平進行調整來降低誤差，而后者則需要采用精密星歷來降低誤差。還可以通過多次試驗來對數據處理模型的誤差進行降低。（2） 擬合模型誤差。在對測量區域的數據進行擬合模型的建立時，擬合點的數量的確定和擬合點的分布密度會使得擬合結果的準確度產生影響。并且，擬合模型的選擇也會對最終似大地水準面是否能夠達到最佳的擬合程度產生影響。似大地水準面的形成主要是通過模型將測量點擬合成為一個曲面，其中需要采用相對負載的數學模型，而真正能夠與大地水準面保持完全一致是非常困難的，所以，擬合模型中會產生一定的誤差，并對GPS高程擬合結果產生影響。因此，需要在進行測量的時候對高程擬合模型進行正確與適當的選擇，從而提高精密高程測量的準確度與可靠性。（3）水準點聯測誤差。水準聯測的誤差會直接對擬合模型的結果產生影響。水準聯測是通過測量區域內的測量點的數據進行。因此，水準測量的精度需要進行有效地控制，才能使得高程擬合的結果得到有效保障，所以，需要對測量點的粗差進行測量，并且基于穩健進行相關的估計與分析。

三、GPS技術在高程測量中應用誤差的應對策略

1、使用精密衛星星歷。選擇合適的測量方案后，對測量條件較好地觀測時段進行衛星的觀測，并且這樣能夠使得GDOP及PDOP值得到減小，并且能夠降低通過電力折射以及衛星信號誤差、載波相位周跳的誤差。GPS衛星信號會受到電離層的影響，通過信號頻率的函數就能夠體現出來是否受到影響，將不同電磁信號波的使用頻率來進行對比，然后產生的影響也是不同的，由此來對觀測值進行進一步的修正。同時還可以使用不同的接收機來同時觀測，從而更多地觀測值來獲得相關差值，同時還能夠對相似誤差的特性進行觀測。

2、構建觀測值改正模型。在觀測過程中還需要構建觀測值的改正模型，來對觀測誤差值進行進一步的修正。當前的觀測值改進模型主要有對衛星軌道偏差的改正模型，主要是將衛星軌道偏差數據改為參數常量。另外還有導航電文數據的改正模型，即電離層模型，還包括流層模型以及接收機鐘差改正模型。

3、合理選擇觀測點。合理選擇觀測點對于最后測量結果非常重要。因此選擇觀測點的時候，應當尤其的注意觀測點是否有信號噪聲，并且受到信號的遮擋，或者是容易產生多路徑效應，這些位置都是不好的。選擇觀測點時，需要根據基線向量進行初始的計算，然后通過相位雙殘差曲線圖的相關內容應當進行再一次的測量，并且對于衛星在時間點中測量數據的失常，需要對相應的測量點進行刪除，并且重新進行基線向量的計算，對雙殘差曲線進行重新的計算，使得基線向量的指標是完全的符合規定。觀測點平差的計算，是建立在精度指標的標準之上。測量前就需要對相關的數據確定精度指標，并且能夠對于重復基線進行誤差的測量和計算，各個測量點需要同步開始測算，對分量閉合差和全長閉合差進行檢驗。

結束語：

GPS技術在高程測量中已經得到廣泛應用，其具有測量準確性高、定位速度快、測量時間短等優勢，為快速定位和獲取數據帶來了方便，但仍存在一定的誤差現象，因此為了提高GPS技術測量高程的質量，必須加強對GPS技術在高程測量中應用的誤差及其應對策略進行分析。

參考文獻：

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