工程测量中GPS控制测量平面与高程精度分析徐军

徐军

（宁波冶金勘察设计研究股份有限公司浙江宁波315041）

摘要：GPS技术在工程测量中得以广泛应用，其测量精度高、适用范围广、自动化程度高。在工程控制测量中应用GPS技术不但可以提高工程的施工质量，也可以增强工程的施工效率。本文针对工程测量中GPS控制测量平面和高程精度进行了分析。

关键词：工程测量、GPS技术、高程精度

前言

GPS是最新型的一种定位技术。现在GPS技术被广泛的运用到各种工程中，我国大量的工程测量都需要用到GPS技术。可是，因为在测量高程的精度上通常会存在些许的误差，因此在工程测量中应用GPS技术，必须重视高程误差修正工作。

1工程测量中GPS技术的概述

GPS技术系统中的GPS卫星星座是由21颗工作卫星以及3颗在轨备用的卫星组成的，被记为（21+3）GPS星座，这24颗卫星处于6个轨道平面内，轨道的倾斜角度为55度，每一个轨道平面之间相距60度，而每个轨道平面内的卫星之间升交角距为90度。在导航定位方面，GPS卫星是动态的已知点，卫星的位置是根据卫星发射的星历计算得到的，地面监控系统能提供每颗GPS卫星所播放的星历，也能够保持各颗卫星处于同一时间标准。GPS信号接收机主要是为了捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行对接到的GPS信号进行变化和处理，最后测量出GPS信号信号从卫星到接收机天线的传播时间，计算出三维位置、三维速度、三维时间。

2工程控制测量中GPS技术的应用优点

2.1适用范围广

GPS技术在国民经济的各个领域中都具有非常广泛的应用，对于从事测绘工作的工程施工人员来说，已经得到广泛的应用，其中涉及到地壳板块运动的检测、大地测量以及各种工程测量，尤其是在工程控制测量中具有非常广泛的应用前景，尤其是GPS技术的自动化检测，对于工程的自动控制系统的研究是GPS技术在未来应用的一个重要发展方向。

2.2测量精度高

GPS技术的短距离的测量精度达到毫米级别，差分导航精度达到厘米级别，对于大型的工程建筑以及构造物的变形监测具有精密的定位测量，在进行合适数据处理的模型和软件之后，其在高程和平面精度都能够达到毫米级别。

2.3自动化程度高

工程控制测量中的GPS技术，采用GPS接收机进行各种测量时，只需要将天线准确的安装在检测站上，并接通电源与启动接收单元，此时仪器就能够自动开始工作，当测量工作结束之后，只需要将电源关闭，接收机就能够自动的完成数据的采集，并采集的定位数据传输至数据处理中心，进而实现GPS自动化的测量以及计算。

3在工程测量中应用GPS技术测量的误差原因

我们在运行GPS技术进行工程测量的时候，会利用卫星信号来对测量工作进行导航定位，我们只需要在进行测量的现场设置一个GPS接收机，在相同的时间段来同时接受三颗以上卫星所发出的信号就行了，我们再对接受到的这些卫星信号运用一定的换算方法进行数据处理，最后我们的到的这个测量点在这个时间段内和这些卫星的距离。由于在某一个特定的时间段GPS卫星的空间坐标是一定的，我们通过数据的换算便可以得出该接收机在该时间点相对于空间的三维坐标

点。在经过换算之后，便得到了这个测量点在该时间点的相对地球的三维坐标点，从而达到了工程测量的目的。

一般情况下，其测量的步骤为：GPS接收机接收卫星信号、卫星信号数据参数换算、输出坐标值。我们在对项目工程进行测量的过程中，由于大气层中含有大量的信号干扰物质，尤其是在阴雨天等这些恶劣的气象条件，天气状况不是特别理想的情况下，大气对流层中较多的反射性物质会干扰卫星信号的传输与接收，进而使得GPS接收机接收到的卫星信号产生偏差或者失真的状况，从而造成精度误差；或者在具有强磁场的地质条件下进行的工程测量，也会由于信号的干扰造成精度有误差。一般情况下，GPS技术在工程测量中的误差大多集中在某测量点的高程上，也就是说在进行工程测量的过程中常常存在着大量的不精准的高程异常。高程异常通常说的是地下物质及其密度分布不均匀产生的重力异常导致的测量中出现的正常值与大地值的差异。

通常情况下，我们在对项目工程进行工程测量的时候，对不精准的高程异常值来进行测量的时候，常常会采用GPS技术来测量大地高，而利用水准测量出正常高，由二者差异拟合出似大地水准面，然后通过解算得出测量点的高程异常，这种方法被称为GPS高程拟合。我们在日常的工作中，利用高程拟合方式来进行高程测量的时候，由于水准测量的精确度与测量点的选择及测量周期相关，这个工作量就会比较打，在水准测量精度等级不高的情况下，经常会导致高程精度出现误差的问题。

4工程测量中高程精度控制的具体措施

在实际的工作中，我们在利用GPS技术对项目工程进行工程测量的高程精度控制的时候，一定要考虑到其工作原理以及高程拟合要求等等，一般情况下，我们可以采取以下具体的技术措施来对高程精度来进行控制。

4.1选择合适的天气状况

在实际的工作中，大气对流层常常含有大量的信号干扰物质，特别是空气对流强烈的自然天气条件下，一般会影响到GPS接收仪对卫星信号的接收或者接收的信号相对失真，造成高程计算出现偏差。因此我们在进行工程测量的时候，一般要选择那些天气状况比较好的天气来进行工程测量，尽量避免不良天气给工程测量带来的误差。

4.2选用高精度的GPS接收仪

我们在用GPS技术进行工程测量的时候，卫星信号的接收质量是测量精度控制的重点，对于那些精度比较低的GPS接收仪来说，往往由于对卫星信号的不敏感性导致其测量出现较大的偏差，尤其是在信号干扰比较多、地质条件比较复杂的野外进行工程测量的时候，非常容易受到测量现场周围复杂地形构成的磁场对信号的干扰造成测量误差。与此同时，高精度的GPS接收仪在进行工程测量的时候，所采用的是高精度的计算方式，对卫星信号的相对信号变化产生的参数偏差有着较大的敏感性，能够准确分辨干扰信号与正常工作信号的差别，进行合理的计算选择。

4.3对电离层误差实施修正

大气电离层对卫星信号存在着干扰与折射、反射作用，使得卫星信号在穿透电离层到达地球表面GPS接收仪的时候，往往会出现非常大的偏差，因此我们需要对其进行适当的修正。主要采用多频观测、电离层模型、同步观测等这些方式。

（1）多频观测。多频观测主要指的是在某一测量点对多个伪距进行测量，根据不同频率测得的伪距测量值在电离层中的折射率差异推算出电离层的折射改正数值，以此提高GPS测量精度。

（2）电离层模型。我们在用单频GPS接收仪来进行工程测量的时候，一般情况下，可以选用导航电文提供的电离层模型进行参数修正。通过测量我们可以得出的参数放置于导航电文提供的电离层模型中来进行参数比对，进而对参数进行精度修正。

（3）同步观测。我们在某一测量点设置多台GPS接收测量仪，通过二者基线两端观测差值来对电离层测量精度进行计算，修正测量数据。

4.4天线测量精度

我们在利用GPS技术进行工程测量的时候，测量人员对天线测量精度要求一般不够重视，尤其是野外作业天线以发散状斜向上设置的时候，由于天线高程测量不准造成了测量基站对该点测量高程的测量出现一定偏差，然而以该基站为基准进行的其他测量点的高程测量过程中，常常会因为误差累计造成最终测量高程误差结果较大。

4.5测量基站和测量点的选择

我们在用GPS技术进行工程测量的时候，测量基站及测量点的选择是非常重要的。尤其是在一些地形情况比较复杂的情况下，地下介质密度分布不是很均匀，测量现场的周边存在比较强磁场的地区，非常容易在进行工程测量中对卫星接收信号形成干扰。因此，我们在进行工程测量的时候，可以选取周边较为空旷、相对基站间距稳定、符合实际工程需要的地点进行测量基站和测量点的选择，以保证工程测量的准确性。

4.6合适的高程拟合数学模型

我们在进行高程拟合的时候，由于数据换算是在数学曲面模拟大地水准面的模型中进行的，会经常受到数学计算精度的影响，使得正常点与待测点高程差值误差比较大。一般在进行计算的时候采用平面拟合法、二次曲面拟合法、样条函数法以及多面函数法等。其中二次曲面拟合法计算精度相对较高，能够将数据参数误差有效降低，但是，在地质地形条件较为复杂的地区进行的拟合计算相对复杂，其工作量也相对比较大。

5结语

目前，GPS技术在工程控制测量中被广泛的推广和应用，其在工程控制测量中具有适用范围广、测量精度高、自动化程度高、费用低等大量优势。可是，在工程控制测量中GPS技术的实践和应用，具有相对较高的操作要求。所以，工程控制测量人员必须熟练的掌握在工程控制测量中GPS技术的应用程序，并且需要采取有效的措施以增加测量精度.

参考文献：

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