浅谈工程测量中GPS控制测量平面与高程精度分析

张贤勇

摘 要：随着科学技术与信息技术的共同发展与进步，GPS技术也得到了很大的发展，并且广泛地应用于各个领域，尤其是在工程测量中，GPS测量技术发挥了非常重要的作用。但是，GPS也存在一定的弊端，比如与传统的测量方法相比，GPS控制量测的方法并没有那么直观，而且测量出来的平面精度以及高程精度难以满足当下工程建设的需求。因此，该文结合相关理论知识与实践经验，对GPS控制测量平面与高程精度进行深入的研究分析。旨在促进GPS控制测量技术得到进一步的改进与应用。

关键词：工程测量 GPS控制测量 平面 高程 精度

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（a）-0009-02

20世纪80年代，GPS测量技术在美国被研发，并且随着科学技术的进步，GPS测量技术在20世纪90年代就已经投入使用并得到了广泛应用。GPS技术主要由空间卫星星座、地面监控系统以及用户设备三个部分组成。GPS导航定位主要是通过接收卫星发射出来的无线电信号实现的。所以，自GPS技术发展以来，不仅为国防经济与军事建设提供了重要的服务，同时也应用到了社会其他各个领域，使GPS测量技术日趋成熟。时至今日，GPS测量技术已经逐渐取代了传统的测量技术。该文主要对影响高程精度的因素进行分析，并提出应对措施。

1 影响高程测量精度的因素分析

根据实践经验总结，造成高程误差的主要因素有以下几点：

1.1 GPS大地高的测量精度

只有在获得精准度比较高的GPS大地高程观测数据才能够准确地计算出GPS正常高。根据实践经验总结，对GPS大地高测量精度造成影响的因素主要有与卫星误差相关的相对论效应、卫星钟差一级卫星星历误差，与信号传输相关的对流层延迟、多路径效应以及电离层延迟等以及与接收设备有关的天线整平误差、天线对中误差等。除此之外，与系统生成的模型误差也有一定的关联。当GPS进行静态测绘时，必须要保证控制点的准确性，并安装一定数量的信号接收设备。但是在实际的测量控制中，往往难以满足以上要求，而且对采样的观察时间通常没有达到既定的时间，所以很大程度上影响了高程测量的精度。

1.2 公共点几何水准测量精度

一般情况下，对测量点的高程异常值与大地高测量值值差进行有效的控制就能得到正常值。计算高程异常值通常利用的是数学方法，在数值获取过程中，与测量点的GPS大地高以及相应的几何水准高程测量值的差值也有很大的关连。因此，要获得精度较高的高程异常值，需要对水准测量的精度进行严格控制。

1.3 GPS高程拟合的方法

GPS高程拟合的基本原理是：由GPS测量技术得到大地高，由水准测量获得正常高，大地高与正常高之间的差值为高程异常。然后通过高程异常拟合出似大地水准面，运用相关计算法则得出未知测量点的高程异常。在传统的测量方法中，由于工程量巨大、测量成本高、观测时间长，所以很难得到精度较高的几何水准高程值，尤其是在地形较为复杂的地区，高程精度更加难以控制。

因此为了有效地避免高程误差，可以应用水准测量方法来测量高程，也就是对少数GPS点实施高程测量，再通过高程拟合技术手段得出其他GPS点的高程。在实际的控制测量中，由于没有选对合适的拟合模型，所以使得计算不够准确，导致了较大的高程误差。

除了以上三个方面，公共点的分布也是影响高程精度的重要因素。通常满足一定数量要求的控制点布设，能够有效地促进高程拟合的精度。

2 提高GPS高程测量精度的措施

结合工程测量中GPS控制测量平面与高程精度的影响因素的分析，此处提出几点针对性的建议。

2.1 完善大地高测量的方法

大地高的测量方法对于保障高程的精度有着非常重要的作用，根据实践经验表明，可以从以下几个方面进行改进。

（1） 选择合适的站址。在工程测量中，虽然对各观测站点没有非常严格的要求，但是合适的观测点，对于工程量测有非常重要的作用。所以在实际的测量工作中，要结合工程环境，制定站址选择方案。

（2）运用同步观测求取差值。实践表明，同步求差法不仅具相对完整的理论依据，同时这一方法能够将误差降至最低甚至是忽略不计。通常，在观测距离小于20Km的情况下，两个同步观测站就容易受到卫星星历误差、对流层以及电离层的影响，而同步求差法可以将这种误差缩小。但是，同步观测法如果没有保证两个观测站的观测同步进行以及观测站之间间距在20Km以内，那么求取的差值无效。

（3）确保天线高的正确量取。天线高测量误差是导致高程精度较差的重要原因，因此要加强对于天线高测量的重视。野外作业的情况下，应将天线斜高作为测量值，将天线圆盘分成三个方向，且间隔角度大小均匀。然后分别对不同方向的天线高进行测量，保证测量结果之间的误差低于3mm，然后取其平均值。在野外作业这一过程中，会因为所用天线的类型不一而使天线高有所变化，所以要控制好相位中心的高度。

2.2 使用合理的高程拟合方法

在实际的工程测量之中，通常会以数学曲面构件的方法来拟合似大地水准面，再以此计算中GPS测量点以及待测量点的正常高值。根据实践分析，常应用的拟合方法有二次曲面拟合法、平面拟合法、多面函数法以及样条函数法，其中又以二次曲面拟合法应用最多。与其他拟合方法相比，二次曲面拟合法更容易得到更加精确的高程异常值。当然，由于观测环境不同，采用的拟合方法也会有所不同。

2.3 加强控制点的布设

确保高程起算点的高精度是拟合出其他控制点高精度高程值的重要前提。所以，在实际的工程测量中要加强控制点的布设，确保高程起算点的稳定性以及测量精度。不仅如此，拟合所需的水准点应尽可能分布均匀，数量应在6个以上。当工程测量地形复杂、测量范围大的情况下，可以采用分区建立拟合模型的方法来提高高程拟合的精度。

3 结语

GPS 测量技术不仅应用范围广、定位精准、简单易操作，而且还能全天候作业，所以在工程建设规模与数量不断扩大的前提下得到了更加广泛的应用。采用GPS测量技术来完成工程测量工作，是当前工程发展的一种新趋势。GPS测量技术相对于传统的工程测绘技术而言，大大提高了工程建设效率。虽然GPS在控制测量平面与高程精度的过程中存在一系列的不足，但是只要在实践中进行不断地改进与完善，GPS测量技术将发挥更加重要的作用。

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