工程测量中GPS控制测量平面与高程精度分析

胡桂明

摘要：随着信息技术和嵌入式技术的不断进步和发展，GPS控制测量以其高效性、不易受气候影响、功能多样等特点，在工程测量中得到广泛的应用与推广。相对于传统的测量方法，GPS技术虽然具有显著的优势，但是在直观性和平面与高程精度等方面仍然存在不足之处。本文针对工程测量中GPS控制测量平面与高程精度进行相关的分析与探讨。

关键词：GPS；工程测量；高程；测量平面；精度

充分利用GPS高精度、高效率、低成本、讯号穿透性强等特性进行工程测量，为实现工程测量数据的准确性和可靠性提供充足的保障。随着GPS技术的发展与日趋成熟，常规的测角、测距的手段建立控制网的方法基本上已经被取代。由于GPS测量的已知点比较多，并且基本上分布均匀，可以为测量结果的准确度提供充分的保障。但是在部分实际工程测量中，有些问题依然存在，例如已知点的分布位置不佳、相对高差比较大等问题。

一、GPS技术在我国工程测量中的应用现状

在测绘领域，随着全站仪的推广普及，传统的经纬仪、测距仪逐渐被取代。近年来，随着GPS测量技术的发展，工程测量的作业方法更是发生了历史性的变革。GPS测量通过接收卫星发射的信号并进行数据处理，从而求定测量点的空间位置，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。现已成功应用于工程测量、航空摄影测量、工程变形测量、资源调查等诸多领域。

二、GPS技术高程精度的影响因素

在工程测量中，高程测量准确性是影响工程整体质量的重要衡量标准之一。相对而言，测量平面精度在工程测量中比较容易控制，但高程精度比较难以把控，需要严格控制高程测量才能提高工程测量整体的精度。通过对影响工程高程的因素进行分析，可以总结出以下三个方面。

（一）难以获得高精度的测量起算点

通过GPS进行工程实际现场测量时，对于公共点的几何水准测量精度的准确性，需要从控制实际测量点的大地高以及高程异常值进行考虑。一般情况下，高程异常值通过数学方法计算而得到，主要与某些点大地高的差值和测区水准高程的测量值有关。因此，为了达到高程测量结果的准确和可靠，在工程测量中，需要严格把控水准测量数值。

（二）GPS技术实际测量环境复杂

通常情况下，主要利用卫星信号进行GPS测量与定位。首先需要设置一个GPS接收机，接收至少四颗卫星发射的信号，然后通过数学换算方法对接收到的卫星信号进行处理，最后计算出在该时间点各卫星与测试点的距离。GPS在一定时间段具有空间坐标，通过数学换算，就可以计算出相对于地球的测量点的三维坐标值，从而进行定位。如果遇到天气状况不好或者有太多的大气层物质造成干扰时，卫星信号的接收就很难顺畅的完成。另外，环境条件对测量精度也有影响作用，比如说磁场，在实际测量过程中强磁场也会干扰卫星信号的接收工作。在实际工程测量中高程异常比较常见，其实是由于地下物质的密度不均匀造成异常重力，影响到了高程测量的结果。在实际工程测量中，通过利用GPS测量大地高，然后用通过水准测量正常高，两者之差求出高程异常值，最后通过对大地高进行高程异常修正，计算出正常高。

（三）高精度的GPS大地高程观测数据获取困难

如果要通过GPS测量大地高，然后推算高精度的GPS正常高，对GPS大地高程的观测数据要求比较高，一般情况下需要测得精度比较高的观测值。由于在获取大地高观测的数据时，难以保障其准确性，所以在实际的工程测试中高程问题误差比较大。通常卫星钟差和相对效应等是影响大地高观测数据准确性的主要原因。利用GPS测量方法在工程测量中，为了确保测量的数据满足实际要求通常确保接收机的数量以及控制点位置的准确性。因此，在实际工程测量中能否获得高精度的GPS观测数据控制点的位置起到了至关重要的作用。

三、工程测量中提高GPS测量精度的对策

在实际工程测量过程中产生的某些GPS测量平面以及高程精度的问题，严重影响了工程测量的整体质量。需要对这些问题进行分析，继而提出一些具有针对性的解决方案，严格把控测量平面以及高程的精度，从而提高整体工程测量质量。因此，GPS在实际的工程测量过程中应该注意以下问题：

（一）选择精度较高的GPS接收仪

在控制测量精度中最关键的是控制卫星信号的接收质量。如果GPS接收仪的测量精度不高，对卫星信号接收不够敏感，那么很容易造成测量结果的偏差。在野外进行实际工程测量时，信号通常会受到多种不同因素的干扰，比如变化万千的气候条件或复杂的地质环境等。在野外实地测量时由于地质原因，产生了强磁场，造成对信号的干扰，从而对信号接收的质量产生影响，最终造成测量的精度无法得到较高的保障。对于这种情况，通常选用高精度的GPS接收仪来解决。由于精度较高的接收仪能够更加敏感的感应到卫星信号的变化，能够更加清晰、准确的辨别出信号的真伪，即：哪些信号属于正常信号，哪些信号属于干扰信号。从而为计算提供科学合理的信号参数，最终实现降低GPS测量误差。

（二）选择合适的天气进行测量

在野外实际测量时，当天气状况不佳时，大气对流层中通常会存在许多物质，这些物质会干扰卫星信号的传递，并且此时空气对流强烈，对GPS接收仪正常接收卫星信号产生不良影响，最终将影响高程计算的精确度。因此，在实际工程测量时尽量挑选天气状况晴朗的时候进行工程测量，尽量避开恶劣的天气状况，这样可以最大程度的避免GPS测量结果出现误差。

（三）电离层误差的修正

在进行实际测量时，不仅是在不良天气情况下测量会对卫星信号接收产生干扰，而且，大气电离层也会对卫星信号的传递产生影响。卫星信号通过电离层时会产生折射、反射现象，这会造成GPS接收到的卫星信号出现明显的偏差。面对这种实际问题，行之有效的解决方案是采取及时的修正。目前，在实际的工程问题中，人们逐渐总结出一些有效的解决措施，分别是：①修正电离层模型的方式。所谓修正电离层模型的方式，就是利用电离层模型对卫星参数进行修改的方法。其主要实现方式是将获得的参数与电离层模型参数进行比较，对最终的结果进行修正与补偿以达到提高精度的目的。②同步观测修正的方式。所谓同步观测修正的方式是利用两个相距30km以内的观测站进行同时观测，然后利用两个观测站之间的观测差值，修正电离层测量的精度，最后调整卫星信号的参数精度。通过这种方式修正正后的结果能够在最大程度上提高测量精度，降低误差，甚至误差可以忽略。③不同频率修正方式。首先同一个测量点测量多个伪距，然后计算不同频率测量值获得伪距测量值的折射率，得到折射修改数值，最终实现提高GPS测量精度的目标。

（四）高程拟合方法的合理选择

在工程测量中，对测量的数据换算需要利用数学曲面来模拟大地水准面，因此，数学模型的计算精度决定了高程精度是否可靠，数学精度产生的误差，将会导致测量正常点和待测点的高程出现较大的差值误差。所以在实际测量中选择合适的高程拟合方法具有影响到测量结果的重要作用。通常平面拟合法、二次曲面拟合法、多面函数法等是高程拟合常用的方法。

结语

在工程测量中GPS控制测量精度受到很多种因素的影响，只有采取相应的解决方案和策略，才能提高高程精度，比如选择精度较高的GPS接收仪、选择合适的天气进行测量、修正电离层误差、高程拟合方法的合理选择等等。我们要不断加大和推动GPS技术在工程测量中的应用，加强对GPS控制测量的研究，这样才能有效的解决工程实际问题。

參考文献：

[1]苏志华，周春柏，刘晚霞.工程测量中GPS控制测量平面与高程精度分析[J].测绘通报，2012，（03）：56-58+62.

[2]王于.工程测量中GPS控制测量平面与高程精度分析[J].居业，2016，（10）：31+33.