对城区GPS高程测量精度的技术方法的探讨
工程测量中GPS控制测量平面与高程精度探讨
工程测量中GPS控制测量平面与高程精度探讨发表时间：2019-12-24T10:28:23.967Z 来源：《工程管理前沿》2019年第22期作者：冯玉军[导读] GPS测量技术是随着科技发展、网络技术提高实现并普及的一种技术摘要：GPS测量技术是随着科技发展、网络技术提高实现并普及的一种技术，在现在的手机定位、汽车导航等设备上都非常的常见，而且GPS的精度非常高，误差一般不会超过1-2米。
GPS在工程测量中应用也非常的广泛,本文是对工程测量中GPS控制测量平面与高程精度探讨。
关键词：工程测量；GPS测量；高程精度；测量方式GPS是90年代开始普及的一种工程测量方式，随着当前科技社会的不断发展，在工程测量中的使用也越来越广泛。
但是，随着当前工程测量的要求技术水平提高，在现阶段的工程测量中，高程测量的精度问题已经成为制约工程测量发展的重大难点。
就目前而言，在科技技术很难有所突破的情况下，就需要我们制定缩小高程精度测量的对策，进一步提升工程测量的GPS使用技术。
一、GPS在工程测量中的应用1、GPS应用现状在工程测量的过程中，GPS的测量运用给现代工程测量带来了非常多的应用便利。
当前的工程测量方案内容大部分都给GPS所代替，大大降低了工程测量的工作量，缩短了工程测量测量时间。
不过，GPS在工程测量中也不是万能的，尤其是在高程测量的时候。
2、GPS应用优势在工程测量中应用的GPS，主要是由用户设备、空间卫星、地面监控系统3个大的部分组成，GPS在工程测量中的应用优势非常的多，其中就包括测量精度高、测量速度快、使用费用低、操作简单，能够一次测出多组不同的数据。
这一些优点都让GPS在工程测量中被频繁使用，并逐渐的替代传统的工程测量方案[1]。
3、GPS应用缺点GPS本身也存在应用缺点，不过并不是GPS本身的应用的缺点，而是科技技术不够发达，导致GPS自身的测量技术没有上升到一定的高度引发的使用缺点。
比如GPS的应用网，当GPS的网形好，已知坐标点分布均匀且准确的时候，GPS在工程测量中的数据精准性就能够得到妥善的保障。
探讨提高GPS RTK测量精度的措施
探讨提高GPS RTK测量精度的措施1 GPS-RTK技术介绍地质测绘是地质预查、普查、详查的基础性和辅助性的工作，主要包括勘探网测量、控制测量、地形测量、工程点布设、勘探线剖面测量、地质工程点定位测量和物化探测量等工作。
GPS RTK是以载波相位观测量为依据的实时差分GPS 测量技术。
它是在基准站安置一台GPS双频接收机，对所有可见的GPS卫星进行连续观测，并将连续观测所得信息和基准站自身的信息通过无线电传输适时传送出去。
在移动站上，GPS接收机上除接收卫星信号外，同时还接收来自基准站的数据信息，并通过仪器内置软件实时解算出三维坐标信息及精度信息。
GPS RTK具有精度高、测量时间短、全天候、自动化、无需通视及远距离测量等优点，已经得到广泛的应用。
2 GPS-RTK技术优缺点2.1 优点①定位精度高，一般能达厘米级水平。
②杜绝了传统方法中因不断"搬站"而产生的累积误差，数据可信程度高。
③受外界环境因素（如地形、温度、能见度等）的影响小，适合全天候作业。
④较传统方法而言，GPS-RTK测量能显著减少控点数量，即减少设备的"搬站"次数，因此在工作量上很有优势。
⑤定位迅速（一般在1～2 s之内），且单人能完成操作，因此效率惊人。
⑥操作简单，可向自动化方向发展。
2.2 缺点①因该系统运作的前提条件是至少有5颗卫星被同时观测到，而卫星是否被"发现"，是受到高度截止角等因素影响的；另外，由于基准站和流动站之间的数据链是无线方式，容易受电磁干扰的影响。
综合起来，GPS-RTK系统在稳定性上略逊全站仪。
②GPS-RTK技术涉及到高程转换，而某些地区的高程异常图存在误差甚至空白，这就影响了GPS-RTK测量的精度。
2.3 使用注意事项①流动站和基准站距离不应超过10 km，以保证测绘精度。
②尽量保证测绘处的空间开阔，避免将点选择在矿洞、桥涵易遮挡卫星的场所。
工程测量中GPS控制测量平面及高程精度问题分析
工程测量中GPS控制测量平面及高程精度问题分析在工程测量中，GPS技术已经被广泛应用，尤其是在大型工程中，它可以快速、精确地完成大范围的地面控制测量，为工程设计提供准确的数据支持。
GPS测量的精度对于工程质量的影响非常重要，但是由于受到多种因素的影响，GPS测量的精度并不稳定。
本文将从GPS控制测量各种影响因素及其相应解决方法入手，对GPS控制测量平面及高程精度问题进行分析。
一、GPS控制测量精度主要受哪些因素影响？1、大气电离层对GPS信号传播的影响大气电离层是空间环境中细胞发生电离的层，它对GPS信号传播的干扰相当大。
由于大气层在不同的季节、不同时段其电离层的状态都不同，因此测量有时候会出现偏差。
由于大气电离层的高度约为50 km，所以一般在采集GPS信号时，需要避免短时间内的过渡现象，应在磁场稳定的时间内集中测量控制点。
2、多路径效应的影响GPS信号在传输过程中往往会经历来自地面、建筑、树木、电线等障碍物的反射，因而产生出现多条路径的情况，这会导致GPS测量的误差增大。
多路径效应是GPS测量误差的重要来源之一，由于反射物和接收机之间的距离与接收器到卫星的距离的差值成倍数关系，因此增大接收天线的高度是改善多路径效应的一个有效的方法。
3、信号传播延迟GPS信号需要从卫星传输到地面上的接收器，然后才能进行测量，如果信号传播的延迟不可靠。
时间的正确性和每个卫星与接收器之间的距离误差会增加，从而影响GPS测量的精度。
GPS信号传输延迟的影响可以通过进行差分GPS测量来减轻，差分GPS通过在已知位置上部署接收天线进行测量和信号处理，可以消除信号传输延迟，提高测量精度。
4、卫星几何排列的影响卫星几何排列的与测量的相对位置关系密切相关。
若卫星距离接收器越近，那么卫星与接收器的角度关系就更加接近于直角，这样的话，测量误差就会变大。
反之，若卫星距离接收器更远，则相对角度就更大，可能会导致测量的误差也会变大。
因此，在进行GPS 控制测量时，采用跨界控制，在差分处理后，可以通过对各卫星距离的控制，使多个卫星形成一个虚拟天线, 从而降低误差，提高GPS测量精度。
GPS高程测量精度提高的方法和措施
GPS高程测量精度提高的方法和措施GPS高程测量精度提高的方法和措施摘要:GPS(全球定位系统)作为一种高科技的三维测量工具,已被广泛地运用到测量实际工作中去。
要提高GPS高程测量的精度,就必须探讨GPS测高的制约因素和提高GPS测高精度的处理办法。
关键词:GPS高程测量水准测量一、GPS高程测量原理1.大地高系统。
大地高是由地面点沿通过该点的椭球面法线到椭球面的距离,通常以H表示。
利用GPS定位技术,可以直接测定测点在WGS—84中的大地高程。
大地高是一个几何量,不具有物理上的意义。
它通过与水准测量资料、重力测量资料等相结合,来确定测点的正常高,具有重要的意义。
2.正高系统。
由地面点并沿该点的铅垂线至大地水准面的距离称为正高,通常以Hg表示。
正高具有重要的物理意义,但不能精确测定。
3.正常高系统。
正常高系统是以似大地水准面为基准面的高程系统,通常以h 表示。
正常高同样具有重要的物理意义,广泛应用于水利工程、管道和隧道工程建设中,而且可以精密地确定。
正常高系统为我国通用的高程系统,水利工程常用的1956年黄海高程系和1985国家高程基准,都是正常高系统。
4.GPS水准高程。
利用GPS和水准测量成果确定似大地水准面的方法为GPS 水准。
目前主要有GPS水准高程(简称GPS水准)、GPS 重力高程和GPS三角高程等方法。
在实际运用中主要采用GPS水准高程方法来确定似大地水准面。
所谓GPS水准就是在小区域的GPS网中,用水准测量的方法联测网中若干GPS点的正常高(这些联测点称为公共点) ,那么根据各GPS点的大地高就可求得各公共点上的高程异常。
然后由公共点的平面坐标和高程异常采用数值拟合计算方法,拟合出区域的似大地水准面,即可求出各点高程异常值,并由此求出各GPS点的正常高。
因此,按GPS所测定的大地高,当已知正常高或正高时,可以确定高程异常或大地水准面高;反之,当已知高程异常或大地水准面高时,可以确定正常高或正高。
工程测量中应用GPS控制测量平面及高程精度
工程测量中应用GPS控制测量平面及高程精度摘要：随着工程测量的不断发展，GPS在控制测量平面和高程精度方面扮演着重要角色。
本文主要探讨了GPS在工程测量中的应用，并介绍了控制测量平面和高程精度的要求、误差来源以及精度控制方法。
同时，还探讨了平面和高程误差的关联以及如何提高整体精度水平，强调了合理应用GPS控制测量的重要性。
关键词：工程测量；GPS；控制测量平面；高程精度引言工程测量作为建设工程的基础，对于工程质量的保障至关重要。
而全球定位系统（GPS）在工程测量中的应用，为我们提供了更准确、更便捷的测量方式。
GPS能够在三维空间中精确定位，不仅可以帮助我们控制测量平面的精度，还可以提供高程的测量数据。
本文将重点探讨GPS在控制测量平面及高程精度中的应用，包括精度要求、误差来源和精度控制方法。
通过深入研究GPS技术在工程测量中的应用，我们将进一步提高工程测量的准确性和效率。
1.GPS控制测量平面精度1.1GPS原理及基本概念GPS是全球定位系统的缩写，基于卫星导航技术。
它由一组卫星、地面接收器和数据处理系统组成。
GPS利用卫星发射的信号来计算接收器所在位置的三维坐标。
通过接收多颗卫星信号并进行测量，可以实现较高精度的平面定位。
GPS原理涉及到信号传输、时间测量和三角测量等基本概念，包括卫星发射信号速度、接收信号的时间差以及卫星、接收器和测量点之间的距离等。
1.2GPS控制测量平面的精度要求GPS控制测量平面的精度要求通常取决于具体的工程项目和测量任务。
一般而言，对于大部分工程测量来说，GPS控制测量平面的精度要求在厘米级别或亚厘米级别。
这是因为工程项目对于位置和坐标的准确性要求较高，需要达到较小的误差范围。
为了满足这样的精度要求，需要进行精确的卫星信号接收和处理，合理配置接收器和使用适当的测量方法，以及进行数据校正和误差修正等措施，以提高GPS控制测量平面的精度。
1.3GPS测量平面的误差来源GPS测量平面的误差来源可以归纳为以下几个方面：卫星信号传输误差，包括大气延迟和电离层延迟对信号传播的影响；接收器误差，包括接收器钟差、多径效应等；环境干扰，如建筑物、树木等在信号传输中引起的遮挡和反射；测站设置与观测配置误差，如基线长度、观测时间等因素的不准确性。
工程测量中GPS控制测量高程精度分析
工程测量中 GPS控制测量高程精度分析摘要：随着我国现代化经济建设的发展，为了更好的满足国民生产生活需求，基础工程建设在项目体量和质量方面都有了更高的要求。
工程测量是直接影响工程精度和工程质量的关键技术环节，近年来为了提高工程测量水平， GPS测量技术也得到了一定的普及和推广。
但是在实际应用中，高程精度测量环节GPS控制和表现仍然存在一定不足，成为了相关工作人员需要深入研究的课题。
本文阐述了在工程测量中GPS测量技术的主要特性和GPS控制测量高程精度的影响因素，并对工程测量环节GPS控制测量高程精度的有效措施进行了细致分析。
关键词：工程测量；GPS；精度引言：想要对我国工程测量环节中 GPS控制测量技术高程测量精度进行分析，就需要先了解GPS控制测量技术的技术特性和概念。
所谓GPS控制测量技术，就是只通过GPS定位系统，利用宇宙空间中不断飞行的卫星结合特殊定位信息以及设备的无线电信号传输来确定位置的一种定位定向测量技术。
和传统测量方式相比，GPS控制测量技术拥有明显优势，但同时 GPS测量也并非全无缺点，需要相关操作人员在实际工作中进行把握。
1.GPS技术的主要应用特点1.操作便捷性高首先，GPS测量技术的操作便捷性很高，GPS测量时对于相邻各个测量站之间的地理环境，空间环境没有过高要求。
也不需要像传统测量时一样采取通视技术，只要保持测量位置上部空间开阔即可。
其目的是为了保障测量站和相关设备能够顺利接收信号，不会受到其他因素干扰。
这一特点也导致了GPS测量技术的费用大幅下降，测量点位选择更加灵活，显著降低了工程难度。
另外，随着当前我国的技术不断升级，GPS接收器在研究的过程中也在不断的升级，自身的智能化水平与自动化水平也在增长的过程当中。
像GPS接收器的体积会在不断的缩小，重量也在逐渐减小，为工作人员的使用提供了便利，也降低了工作人员在进行工程测量工作时的所消耗的体力。
并且GPS接收机的数据接收速度，接收质量，接收效果也在稳步提升。
提高gps高程测量精度的措施
GPS高程测量是一种重要的测量方法，其精度直接影响到地理信息系统、遥感和地质勘探等领域的应用效果。
以下是提高GPS高程测量精度的一些措施：
选择合适的高程控制点
高程控制点是GPS高程测量的基础，选择合适的高程控制点可以有效提高测量精度。
选择地势高度变化平缓、周围环境稳定的控制点，并进行地面校正，可以有效降低误差。
建立多基准站网络
建立多基准站网络可以提高GPS高程测量的精度和可靠性。
通过增加基准站数量，可以提高信号传播的稳定性和精度，降低测量误差。
使用差分技术
差分技术可以有效消除GPS信号传播过程中的误差，提高测量精度。
常见的差分技术有单点差分和基线差分，通过对比接收机接收到的卫星信号和基准站接收到的信号，消除传播误差。
采用双频接收机
双频接收机可以同时接收L1和L2两个频段的GPS信号，通过差分技术消除大气误差和多径误差，提高测量精度。
采用数据后处理技术
数据后处理技术可以通过对原始数据的处理和分析，降低误差和提高精度。
常见的后处理技术有动态平差、静态平差和基线平差等，可以有效提高GPS高程测量的精度和可靠性。
综上所述，提高GPS高程测量精度的措施包括选择合适的高程控制点、建立多基准站网络、使用差分技术、采用双频接收机和采用数据后处理技术等。
在实际应用中，需要综合考虑不同的因素和措施，选择最适合的方案，以达到最佳的测量效果。
GPS高程测量的探讨
GPS高程测量的探讨摘要：GPS高程测量主要包括三个方面：使用GPS测量大地高（即椭球高）；运用大地水准面模型；将最终要得到的正常高（或正高）拟合到高程基准面上，并分析GPS高程测量点的高程精度，探讨GPS高程测量在工程方面的应用。
关键词：GPS；大地高；正高；正常高；高程异常；拟合高程；精度1引言目前，在建设工程中主要采用传统的水准测量方法求定高程，而GPS高程却常常被忽视。
由于受到坐标系不一致的影响，其精度一直被认为不太可靠，但笔者认为在一般的工程测量中，只要处理得当，GPS 高程是完全可以应用的。
本文就是针对这个问题对GPS 水准测量的理论和方法进行了比较深入的探讨，并结合实际对GPS拟合高程和四等水准平差高程进行了详细的比较和分析。
2GPS定位的基本原理利用GPS 进行定位的基本原理，就是把卫星视为飞行的控制点，在已知其霎时坐标（可根据卫星轨道参数计算）的条件下，以GPS卫星和用户接收机天线之间距离（或距离差）为观测量，进行空间距离后方交会，从而确定用户接收机天线所处的位置。
利用GPS进行定位有多种方式，就接收机所处的状态可分为静态定位和动态定位；若按参考点的不同位置，又可分为单点定位和相对定位。
这里只讲相对定位。
GPS相对定位是目前GPS测量中精度最高的一种定位方法，已广泛应用于大地测量、精密工程测量等领域中。
相对定位的最基本情况是用两台接收机分别安置在基线的两端，并同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点在协议地球坐标系中的相对位置或基线向量。
这种方法一般可推广到多台接收机安置在若干条基线的端点上，通过同步观测GPS卫星以确定多条基线向量。
由于在两个观测站或多个观测站同步观测相同卫星的情况下，卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差等对观测量的影响具有一定的相关性，所以，利用这些观测量的不同组合进行相对定位，便可以有效地消除或减小上述误差的影响，从而提高相对定位的精度。
测绘技术GPS测量精度控制技巧
测绘技术GPS测量精度控制技巧导语：随着现代测绘技术的快速发展，GPS测量成为测绘领域中一种重要的定位手段。
然而，由于环境和设备等因素的影响，GPS测量结果容易受到精度的限制。
本文将探讨一些GPS测量精度控制的技巧，以帮助测绘人员提高测量准确性。
一、GPS测量环境的分析与优化GPS测量结果的精度受到环境因素的影响，如天气、地形、建筑物等。
在进行GPS测量前，测绘人员应对测量环境进行详细分析，并针对性地优化测量方案。
首先，要关注天气状况。
GPS信号受到大气层、云层、雨雪等因素的阻挡，容易造成信号遮挡和传输延迟。
因此，在恶劣天气条件下进行GPS测量时，应尽量避免在长时间强降雨、大雾或雷电等情况下操作，以确保测量精度。
其次，地形和建筑物对GPS测量结果的影响也需要考虑。
地形的起伏以及建筑物的高度和密度都会导致信号的反射和遮挡，从而影响测量准确性。
为了降低这种干扰，测绘人员可以选择在较平坦的区域或开阔的地方进行测量，并尽量避开高楼大厦或者密集的建筑物群。
二、GPS测量设备的选择与校准GPS测量设备的质量和精度对测量结果至关重要。
因此，在进行GPS测量前，测绘人员需要合理选择设备，并进行校准。
首先，选择合适的GPS接收器是关键。
不同品牌和型号的GPS接收器在信号捕获能力、数据处理速度和精度等方面存在差异。
测绘人员应根据具体需求，选择适合的设备型号，并且对其性能进行评估和比较。
其次，GPS设备的校准也十分重要。
校准包括了对接收器的硬件和软件进行检查和校正，以确保其输出的位置和时间信息准确可靠。
测绘人员可以通过使用基准站或导航星历数据来校准GPS设备，提高测量结果的可靠性和准确性。
三、GPS测量数据处理与后期校正GPS测量后，对测量数据进行处理和分析也是保证精度的关键环节。
测绘人员可以借助相关软件进行数据处理，并通过后期校正措施进一步提高精度。
首先，要使用合适的数据处理软件。
市面上有各种专业的测绘软件，可以帮助测绘人员将原始GPS数据进行差分处理、过滤误差等步骤，提高测量结果的精度。
GPS控制测量在工程测量中的高程精度分析
GPS控制测量在工程测量中的高程精度分析GPS在工程测量中的应用越来越广泛，它能有效的提高工程的精细程度，同时也能节约大量的人力资源，利用这种技术还能极大程度上减少成本的损耗，它的应用是工程测量行业的一次质的飞跃。
在测量过程中，要注意到能够影响测量精度的各项因素，保证此项技术能够最大程度的发挥出自己的作用。
标签：GPS控制测量；高程精度；工程测量引言：我国的经济和科技正在不断地向前发展，GPS这项技术在人们生活中的应用也越来越广泛，它在工程测量中的应用，对于我国的工程相关建设有着非凡的意义，能够极大程度上改进传统测量方法极易受到季节、天气等因素影响的缺点。
因而近年来，此项技术在我国各项工程测量中都有了一个较为全面且科学的应用，极大程度上提高了精准度，降低了工程成本。
1、影响GPS测量高程精度的各项因素1.1GPS测量在运作过程中采用的方法GPS高程拟合，首先是通过GPS测算出该地区的大地高，再经由水准测量测算出该地区范围内的正常高，前者减去后者得到的数值即为高程异常；再利用高程异常推算出本地区的似大地水准面，利用二者之间的比例关系，推算出另一个未知方位大致的高程异常。
在理想状态下，传统的高程精度测量法也能较为准确的测算出工地上的高程值，但是在实际测量的过程中，影响因素有很多。
天气、不同地区间的地形、时间都会成为阻碍实际勘测的方面，这些因素或多或少都会对测量工程的周期、经费、工作内容造成一些负面影响，测算出的高程精度因此也会受到影响。
因而在测算中，为了减小这些误差，就可以利用一些相对来说能够较好的能适应多变的环境的方法进行高程精度的相关测算。
比如说：水准测量法，它是要求技术人员在测算开始前，首先选取几个GPS点对它们施行高程测量，然后利用高程拟合对其余的几个GPS点进行高程推算。
但是这种方法对于测量所选取的模型有着较高的要求，如果大地水准面不准确，整个高程精度的测算也会出现问题。
1.2公共点在各方面的测量精度在通常状态下，工程测量中利用的正常值是能够利用大地高与前文提到的高程异常值相减计算出的数值得到。
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对城区GPS高程测量精度的技术方法的探讨 摘 要: 由于GPS定位测量技术能给用户提供快速、全天候和高精度的3维测量成果,还具有观测站之间无需通视、观测时间短、自动化程度高、操作简便等优点,因此,这种测量方法在许多情况下均能够取代传统的平面控制测量和高程测量,而成为现代控制测量的主要技术手段。本文介绍山区城市GPS控制测量的实施及成果质量,重点分析影响其高程测量精度的主要因素,以及提高GPS高程测量和控制点正常高推算精度的方法与措施,从而为城市建设和发展提供可靠的测量基准。
关键词:GPS测量;高程精度;山区城市；探讨 一、引言 在GPS技术的应用中,观测数据经过平差等数据处理之后,其平面精度一般可满足城区控制测量的需要,但高程(正常高)精度却往往不甚理想。在一些山区城市,由于地面起伏较大,各种高低不同的建筑物比较密集,GPS3维定位测量的精度特别是高程精度能否满足城市规划和建设工程的要求?本文根据工程实例，介绍某山区城市城区和郊区进行GPS测量的控制网布设、数据处理和高程精度分析等问题。
二、城区GPS控制测量网的布设及观测数据分析 该市是一座山区城市,全区青山丘陵交替,众多大小不同的城镇则分布在山丘之间、大小流域之中。改革开放以来,特别是实施海峡两岸经济发展战略的近十年来，社会经济建设取得了长足的发展,但在道路交通、航运、通信等基础实施建设方面仍然较落后,急需改善。因此,城市基础测绘工作必须先行。
为了满足该市规划与建设范围不断扩大的需要,2008年我们使用南方测绘仪器公司的4台套GPS接收机,在原有国家控制点的基础上建立并观测了该市城区D级GPS控制网(如图1所示),其中0026,0027,0029为原有三等GPS控制点。数据处理结果表明,该D级GPS网的平面精度符合我国《GPS测量规范》的相关规定,完全可以满足城市发展中对控制测量和工程测量的要求。但山区城市GPS高程测量的精度问题则比较复杂,影响因素较多,很有必要加强研究、重点分析。
该GPS控制网的高程测量工作是在国家一等水准点“朋牛29”基础上,用拓普康GTS-332N全站仪进行水准法测量,垂直角及斜距均往返测3个测回,按四等水准测量的精度要求进行。起初只联测了GPS网中的6个点,即0006,0009,0012,0017,0018和0020号点,并进行全网整体高程拟合,结果发现这一期的GPS高程测量成果并不理想,见表1。分析其主要原因在于:一是联测的高程点数量偏少;二是受山城地貌及城建因素的影响,控制点的分布不甚合理。之后,通过采取一些专门的设点等举措,将联测高程点数目增加到12个,并使其点位分布更均匀、更适应城市发展的要求,即多联测了0004,0010,0013,0015,0023和0025 等6个GPS点。在数据处理时根据点位分布及高差的实际情况,将整个控制网分成两个区进行高程拟合,并以此次拟合。
结果为最终实用成果。由表1可见,受GPS观测条件的影响,位于河边桥头的0010点和位于高层建筑物之间的0013点的首次拟合高程值精度较低,计算其两个环的闭合差分别为10mm和-24mm。进一步对高程数据作拟合处理后,整个控制网点中,最弱点高程的中误差为18mm,能够满足四等水准测量的精度要求。
三、保证GPS高程测量精度的主要技术方法 1. 影响高程测量精度的主要因素 参考GPS测量精度分析的一般论述,结合本次测量的实际情况,我们认为影响山区城市GPS高程测量精度的主要因素有如下几个方面。
(1) GPS大地高测量精度 取得高精度的GPS大地高程观测数据是推求高精度GPS正常高的重要基础之一,影响其测量精度的主要因素包括:卫星星历误差、对流层影响、电离层影响、多路径效应、GPS信号衍射误差、天线高问题、GPS网的图形结构、整周未知数的求解等。对于GPS静态定位测量来说,只要正确地选择控制点的位置,尽量避开高层建筑等多路径效应的影响,合理安排多台接收机在每一条基线两个端点上的观测程序,保证观测数据的采样率时间和观测时段的时间(一般不少于25min),注意卫星的截止高度角一般应大于15°,仔细量测天线的高度,进行PDOP值的检核等,则一般能够有效地减小或消除上述影响因素,使高程测量的精度满足城市建设的要求。
(2) 公共点几何水准测量精度 通常,控制测量点的GPS正常高(Hr)可用式(1)由其大地高(H)和高程异常值(ζ)求得
Hr = H - ζ(1) 其中,高程异常值可由测区中若干个点的GPS大地高与其几何水准高程测量值的差值,通过数学的方法拟合求得。因此,几何水准测量起算点的精度是否足够,是确保高程约束平差精度的前提,同时还必须使水准测量本身的精度达到城市测量相应控制等级的要求。但是在本测区中,由于受城市建设、地下水开发和矿产开采引起的地表移动,以及各种人为破坏等因素的影响,有一些水准高程点发 生了位移偏差,因此起算水准点的高程必须进行认真的检核测量,以免发生差错,保证GPS高程测量的精度。
(3) GPS高程拟合方法及模型 传统的几何水准高程测量精度很高,但施测工作量大、费用高、观测时间长,在山区和丘陵地区还难以达到精度要求。此次我们在进行城区GPS测量时,是利用水准测量方法施测少部分GPS 点的高程,然后通过高程拟合方法求出其余GPS点的正常高。因此,大地水准面拟合模型的选用及其计算对保证控制点高程的精度十分重要。
(4) 公共点的密度与分布状况 此外,测区范围内高程控制点的数量是否足够、分布是否均匀,也是确保高程拟合整体精度的重要因素。
2. 提高GPS高程测量精度的技术方法 针对上述主要误差来源,为保证GPS高程控制测量的精度,我们采用了以下主要技术方法或措施。
(1) 在大地高测量方面 1. 利用同步观测量求差。减弱卫星星历误差、对流层影响、电离层影响的措施很多,但在城区GPS控制测量中比较简便实用的数据处理方法是同步求差法。该方法的理论依据在于:当观测的距离相差不太大(≤20km)时,卫星星历误差、对流层影响和电离层影响对于两个同步观测站可认为基本相同,通过同步求差则可将两测站的这些误差基本消除。这里,站间同步观测及其间距的上限应予以保证。
2. 选择合适的站址。虽然GPS观测站之间可不必相互通视,但同样应注意正确选择测站点的位置。对此,除应满足规范规定的要求外,在城区还需特别注意减除多路径效应的影响,例如测站应该远离大面积平静的水面,尽量躲开高层建筑物,观测时汽车停放处应离测站远些。
3. 利用环境建模法削弱GPS信号衍射误差。通常的GPS数据处理软件将接收电磁波信号当成是直线传播信号,但实际上城区GPS测量中衍射误差不可避免,于是可能导致GPS信号成为一种含有多余衍射路径的弯曲传输信号(如图2)。对此,西南交通大学的熊永良教授提出了一种考虑到环境影响的衍射误差建模算法,以有效地削弱衍射误差的影响。 4. 正确量取天线高。天线高测量误差是GPS高程误差的重要来源之一,此项测量的重要性有时容易被忽视。野外作业时一般是量取天线的斜高,因此应在天线圆盘间隔大致120°的3个方向上分别量取天线高,3次测量结果之差不应超过3mm,并取3次结果的平均值。另外,野外作业时若使用不同类型的天线,应注意其相位中心在高度上的变化量。
5. 优化设计GPS网的图形结构。GPS控制网的测量精度与网的几何图形结构有一定的关系,但影响精度的主要因素是控制网中各站点基线的数目及基线的权阵。根据本测区的实际需要,以及拥有四台套GPS接收机可同时观测作业的情况,无疑以整体GPS控制网的结构方式为最优。本城市控制网受地形条件的制约以及城市发展规划的需求,网形不够规则,基线边长短也相差较大。
6. 相位整周未知数的解算。可靠正确地解算整周未知数对控制点3维坐标值的计算极其重要,目前,主要是通过足够的多余观测数据来保证,因此在每个站点上的观测时间应不短于2h。对于短边应用快速静态和实时动态RTK技术时,利用双频接收机一般能够迅速地确定整周未知数。
(2) 高程拟合数学模型的选用 为了推求GPS测量区内控制点和待定点的正常高,通常是构造出一种数学曲面来逼近(拟合) 似大地水准面。常用的拟合方法有下面几种:平面拟合法、二次曲面拟合法、多面函数法、样条函数法。为了取得较为理想的高程异常值ζ,目前GPS数据处理软件的高程拟合多采用二次曲面拟合法,该方法也适合于本测区的地形地貌实况, 故被采用。
(3) 关于高程控制点 要使拟合得到的各GPS高程点能满足城区测量要求,必须确保高程起算点的精度,包括其测量精度等级和点位的稳定性。同时拟合所需的水准点个数必须足够,通常应不少于6个,并且其分布应力求均匀些,本次测量我们选取了12个点。此外,当测区范围很大且不同区域的地形条件差别较大时,为了提高高程拟合精度,可将测区分块(片),各块分别建立高程拟合曲面模型,这样拟合效果会更好些。本测区这次是分成两片进行高程拟合的。
四、结束语 随着我国经济建设和城市化的发展,以及GPS技术水平的提高和广泛应用,GPS控制测量和工程测量作业及相应的数据处理工作已相当普遍。对于山区城市控制网建设来说,采用合适的GPS观测方法和恰当的数据处理模型,对保证测量成果特别是高程成果的质量和精度至关重要。在实际作业过程中,不但应注意提高外业测量的精度,同时有条件时还可多联测一些水准点,以保证高程拟合的精度。