關于工程測量中GPS控制測量平面與高程精度的研究

周邦發 張進標

摘要：目前我國經濟和科學技術在飛速發展，工程測量領域也因此得到了飛躍的進步，而這一進步主要體現在將GPS測量技術廣泛應用在工程測量工作中。不過在實際的操作中可以發現，應用了GPS的工程測量總是會在平面和高程精度的方面存在著缺陷，這就造成了GPS測量技術無法滿足大部分工程施工的要求，為此本文對工程測量中GPS控制測量平面與高程精度作出了簡要的分析。

關鍵詞：工程測量;GPS;控制測量

GPS測量技術在1970年左右由美國研制而成，隨著科學技術的發展，在1994年全面建成并且被應用在實際中，而且還得到了普及。GPS技術的組成分為三個部分，分別是空間星座、地面控制以及用戶設備。GPS技術又稱為全球衛星定位系統，一些在空間保持飛行的衛星會不斷向地面發射出不同的頻率，同時無線電信號加載了一些特殊的定位信息，它就是通過這樣的方式來實現對地面信息進行定位。近些年GPS技術在不斷發展，并且被廣泛應用在各個領域當中，工程測量也包括在內。

一、GPS測量技術在工程測量中的應用現狀與影響

GPS測量技術擁有著很多的優點，例如：速度快、精準度高、使用費用少自己操作簡單等，正是由于它具有這么多的特點，被廣泛應用在工程測量中，并且它在當前已經完全替代了傳統測量技術的地位。但是GPS還是存在著一些不足，它的網形不夠理想，并且已知點不夠多，已知點的分布也不夠均勻，如果改善它的這些不足那么在測量中能達到高度精準，在實際的測量過程中都會出現這些因素，由于這些因素的影響導致了測量的結果不夠精準。為了對這些因素的影響程度作出確定，一些相關的人員對GPS的控制網作出了測繪和實際的分析，在分析的過程中采取了不同的起算點，并且測量和計算出相對應的結果，最后對這些結果進行排列以及對比。但是經過分析之后發現，在平面位置上采用的起算點對于測量的結果沒有太大的差別，即是無論采用哪一個起算點，所測量出的結果都不會有太大的誤差，這就說明了GPS測量技術用于平面測量上不會存在較大的影響。而在高程測量上，最大的誤差為0.678m，而最小的誤差也達到了0.052m，最小的誤差也不在允許誤差的范圍內，這就說明了GPS測量技術只對高程測量的結果造成影響較大。為此，我在下文中對影響高程測量的因素作出分析，并且提出了一些解決的方式。

二、影響高程測量精度的主要因素

（一）GPS大地高程測量精度

精度高的GPS大地高程測量數據對于測量出精度高的結果有著重要的作用，它還是推算出精度較高的GPS正常值的一個重要的基礎。在我們的分析中得出，影響測量精度的因素主要有衛星誤差、信號傳播的誤差和接收設備的誤差這三種，衛星誤差主要包括：衛星星歷誤差、相對論效應以及衛星鐘差等，信號傳播的誤差主要有：對流層和電離層延遲、多路徑效應等，而接收設備的誤差主要是：天線對中誤差、天線相位中心導致誤差以及天線整平誤差。除了這三種誤差的因素以外，如果我們在選擇模型時不嚴謹，選用了有誤差的模型，這樣也會導致數據處理出現誤差。所以，我們在采用GPS測量技術對靜態物進行定位測量的時候，應該保證一切數據的準確性，例如：確保控制點位置準確、接收機數量充裕、觀測數據滿足標準，不僅如此，還需要對天線的高度和衛星的截止高度角作出嚴格的監控。只要將以上所描述的問題做好或者避免其的發生，這樣就能保證測量的精度。

（二）公共點幾何水準測量精度

除了大地高程測量精度，公共點幾何水準測量精度也會影響到GPS技術高程測量精度，這是由于我們在對高程異常值以及測量點的高度差這兩個數值的控制不夠嚴謹，導致了這兩個數值出現誤差，否則是可以得到一個正常的數值。如果想要得到高程異常值，可以采用數學方法來進行擬合。除此以外，測量區域一些點的數值也會和這些有相關，例如：GPS大地高差值、相應的幾何水準高程測量值的差值。為此，我們想要得到高程異常值的精度，首先要確定好高精度的幾何水準測量起算點。

（三）GPS高程擬合的方法

在我們對高程異常值的計算時，是將大地高減去正常高，得出來的數值就是高程異常值，而大地高的測量是采用GPS測量技術，正常高的測量是采用水準測量技術。而GPS高程擬合的方法主要是：將大地水準面采用高程異常的方式將其擬合出，然后通過解算就能得出未知點的高程異常值。它可以完美解決傳統方法的不足，例如：工作量大、測量時間長以及測量花費大等，但是傳統的方法對于幾何水準高程值的測量有著比較高的精度。但是我們在使用GPS測量技術時，必須要得到GPS高程擬合模型的支持，否則無法進行，由此可知，GPS高程擬合模型對于GPS測量技術有著非常重要的意義。

三、提高GPS高程測量精度的措施

（一）關于高程控制點

在上文我們可以得知高程控制點在GPS高程測量精度中會有所影響，因此我們需要強化高程控制點，選擇一個高精度的高程起算點，這樣就能保障了通過擬合獲取的GPS高程點都能在測量的標準之內。我們在對高程控制點進行強化的工作時，應該盡可能保證到擬合所需的水準點分布均勻，并且所需要的擬合水準點要多于六個。還需要注意的一點是，當遇到測量區域的面積比較大并且地形復雜的時候，我們可以將測量區域進行分區，對每個區分別建立擬合模型，這樣能有效提高高程擬合的精度。

（二）針對大地高測量采用的方法

在前面得知天線高測量出現誤差也會影響到GPS高程測量精度，為此我們需要使用正確的方式來測量天線的高度，并且對于天線測量的工作要提高重視。我們在進行野外測量工作時，可以將天線的斜高作為測量的數值，并且在測量的過程中將天線的圓盤分成三等分，每一份的數值為120度，并且這三等分是向著三個不同的方向，還需要保證測量出來的天線高度誤差在0～3mm的范圍內，最后采用他們的平均值。還有一點是我們需要注重的，那就是在我們進行野外測量工作的時候，會采用到不同規格類型的天線，而他們相位中心的高度也會有所區別，因此我們需要對他們進行適度的調整。

（三）選用合理的高程擬合數學模型

我們都知道，想要GPS測量技術達到高精度是需要高程擬合數學模型的支持，因此我們要對高程擬合數學模型的應用要合理并且要對其加大重視。在正常的情況下，我們首先需要對似大地水準面進行擬合的工作，而這時是需要得到數學曲面構件法的支持，因此我們可以采用數學曲面構件法來推算出控制點和待定點的正常高。而我們一般采用的擬合方法有四種，它們分別是：平面擬合法、多面函數法、樣條函數法以及二次曲面擬合法。其中二次曲面擬合法在平時的使用中的利用率是最高的，因為它能得到比較高精度的高程異常值，但是就算二次曲面擬合法有這一特點，它也并不是適用于所有的工程測量，我們在實際的測量中還是需要考慮實際的地形和地貌等因素。

（四）修正電離層誤差

電離層誤差是屬于信號傳播的誤差，如果它出現了誤差，那么也會導致GPS測量技術操作的過程中出現失誤，從而影響到了GPS測量的工程平面與高程精度。我們在實際的電離層誤差修正的工作中，主要會采用三種方法，分別是：多頻觀測修正、同步觀測修正自己電離層模型修正，這三種方法都能有效地保證了工程測量中GPS測量技術的正常操作，而這三種方法中，有一種方式的使用效果最佳，那就是同步觀測修正法，在很多時候我們運用了這一方法之后，在進行GPS測量技術時，基本可以忽略電離層曲面帶來的影響。

四、結語：

上文對工程測量中GPS控制平面與高程精度作出了簡要的分析，通過分析我們可以發現GPS測量技術對于平面精度的影響非常小，但是對高程精度的影響很大。為此我提出了一些能有效解決這一問題的措施，這些措施能大大提高工程測量中應用GPS測量技術的高程精度。最后，希望我的研究對于相關的工作人員能有所幫助。

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