工程測量中GPS控制測量平面與高程精度的研究

馬 長 清

(湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421002)

由于GPS測量技術應用的強大優勢，在各種工程中被廣泛應用，其應用設備攜帶方便，與傳統測量方式相比大大提升了效率。GPS測量技術是在綜合利用衛星定位技術與遙感技術得以實現的，在進行作業操作時，要計算衛星的運行軌跡，還要考慮大氣層情況以及發射與接收設備等因素的影響，如果大氣對流層中反射的物質比較多，就會干擾到信號的傳輸，從而影響到高程測量數據的準確性。而且大部分工程測量具有的已知點相對較少，已知點位置分布不合理、網狀不佳等情況，使其水準測量很難進行，這就使得GPS測量時，難以保障控制網的精準度，在測量過程中，高程精度誤差相對比較明顯。

1 GPS測量技術在工程測量中的應用

在目前的工程建設項目中，由于工程建設工藝的復雜以及環境的種種限制，許多傳統的測量設備難以滿足需要，而GPS測量儀器由于其便攜高效的特點被廣泛應用。GPS測量技術依托于遙感技術與衛星定位技術，通過無線電發射與接收設備可以高效率、高質量、低成本的獲取測量數據。圖1為某測量區的D級GPS網略圖，D1與D2為改測量區域內的導線點，坐標系中高程使用四等水準；C4～C7為GPS測量C級測量點，坐標系為二級水準高程。然后利用GPS控制測量技術對測量區進行測量作業，此次作業將使用8臺靜態GPS測量儀，測量得到的數據也將進行平差處理，首先將4個C級測量點作為已知點進行計算，然后將三個C級點作為已知點，剩余的一個C級點與點D1和D2作為未知點進行計算。通過計算發現平面坐標精度滿足規范要求，但是最大高程誤差為0.613，最小高程誤差為0.049。

2 GPS控制測量平面和高程精度的主要因素

2.1 高程擬合法

GPS控制測量平面和高程精度，實際就是利用衛星定位技術對測量數據進行計算，因此衛星的信號傳輸就顯得尤為重要，衛星信號的質量直接影響著測量結果。GPS測量系統主要就是通過地面設備與太空衛星連接(衛星數量要在3顆以上)對測量對象進行測量計算，整個作業流程比較復雜，需要多種設備支持，而且由于衛星信號的傳輸路徑多，傳輸穩定性控制難，還有各種自然現象的影響，都會對測量數控產生影響。

2.2 GPS大地高測量精度

根據以往的測量作業可以知道，GPS大地高測量精度差異的因素有很多。衛星方面的因素有：衛星鐘差誤差、相對論效應以及衛星星歷誤差等。信號傳播方面的因素有：對流層及電離層的延遲、多路徑效應等。還有就是一開始選擇的模型有誤差，也會對GPS大地高測量精度產生影響。所以，在GPS測量前必須要對控制點的網形、接收機的總數、天氣狀況、衛星狀況以及平差模型等進行科學設計，才能夠保證測量精準。但是在實際的作業中上文中提到的各種因素很難同時滿足，并且觀測時間也難以達到既定要求，這都嚴重影響著高程精度。圖2為GPS點的H大地高與正常高程的關系(ε表示高程異常，H表示大地高，h表示正常高)。

3 提高GPS控制測量平面及高程精度的對策

3.1 高程擬合法的優化

為提高GPS控制測量精度，可以通過以下幾個方面對高程擬合法進行優化來實現：1)要充分對項目區域進行考察，控制點數量要根據測量項目的實際情況確定，例如，當作業區域面積開闊的時候，可以根據測量區域的特點以及項目要求，對該區域進行劃分測量并建立擬合模型，為后面的測量作業做好準備。2)為了保證精度的準確性，作業初要對高程的起算點的合理性與點位的穩定性進行細致考量，測量作業的流程以及實際操作要嚴格按照規定和標準進行。除此之外還要嚴格控制測量區域的水準點數，盡量多的均勻布置，最低數量也要不低于6個。3)要充分了解并掌握各個高程擬合模型特點，認真分析各個高程擬合模型在工程項目中應用的情況，科學論證后才能確定最終方案。常用的擬合法有兩種，分別是平面擬合法與二次曲面擬合法，這兩種方法都是基于幾何學，能夠準確計算控制范圍內的控制點與待定點。在作業時如果能夠綜合使用兩種方法，將可以很大程度的降低測量數據的誤差，提高測量精度。

3.2 高程擬合法的合理選擇

高程測量精度控制過程中，高程擬合法的合理選用特別重要。在實際測量作業中要對數學曲面模擬數據進行水準面模型換算，當數學模型的計算精度有偏差的時候，就會對高程精度產生影響。另外，數學模型的建立也非常重要，數學模型出現偏差會造成測量點高程與待測點高程出現差異。除此之外還有多面函數法也可以對高程精度進行準確定位，多面函數法是通過對測量點高程與待測點高程的函數值進行處理計算，從而提高高程的精度。通過上面的敘述可以知道，計算高程精度的方法很多，而每個測量作業任務必須要根據工程的實際情況經過科學論證后才能確定最終選擇什么方法。

3.3 大地高測量的優化

對大地測量進行優化可以從以下幾方面進行：1)首先要從操作人員下手，組織作業人員積極學習，進行專業的系統培訓，不斷提高綜合素質，鞏固工作基礎，嚴格操作流程，學習新的方法。2)在測量天線高度時，要建立4個點進行分區測量，然后對測量數據平均取值，保證誤差小于5 mm。3)科學布置測量站點。因為GPS測量會受到各種因素的影響，選擇站點的時候首先要保證站點位置能夠保證GPS信息能夠正常穩定的接收。測量站點極易受自然因素的干擾而影響到測量精度，因此在測量時可以采用同步求差法，可以對測量區域進行同步實際測量，有效減少星歷及電流層影響，盡可能的保障測量精確度。4)對測量精度影響的還有一個重要因素就是電離層誤差，為避免這一因素，測量的時候要關注天氣情況，避免在惡劣天氣進行作業，還要對參數進行對比，及時修正參數精度，對不同觀測點的實際差值進行核算，最后還要應用同步觀測修正法對參數進行實時修正，有效降低誤差值。

4 結語

通過上文對GPS控制測量平面與高程精度的分析，能夠知道測量精度的影響是有很多主觀與客觀因素的，有主觀的技術與計算原因，也有客觀的環境和天氣原因，因此，要保障大地測量精度必須經過細致的籌劃、科學嚴謹的布局、合理搭配科學的計算方法。