关于GPS在工程测量中的精度探讨

肖向军　鄢加俊

（湖南省煤田地质局第六勘探队　湖南　湘潭　411100）

关于GPS在工程测量中的精度探讨

肖向军鄢加俊

（湖南省煤田地质局第六勘探队湖南湘潭411100）

本文结合GPS精度控制测量方面的实际需要，分析了不同起算点对GPS控制网平差成果产生的影响，提出了GPS控制网联测IGS跟踪站的网形选择原则，具有一定的实用价值。

GPS；工程测量；精度分析

引言

GPS定位技术的应用越来越多，其对于测量精度的要求也随之严格。对于GPS控制网而言，提高基线解算精度是提高GPS网点精度的基础。对于测绘界而言，GPS技术的日趋成熟，已导致测绘行业一场深刻的技术革命。GPS测量是一种定位技术，其中包括高精度、全天候的连续测算。其优点有实用性强、偏于观测、高精度、经济效益高等。尤其在测量工程中运用，GPS技术的精度测算，已要求精确至厘米级，测量动态定位的效率也需要得到了相应的提高。

1　GPS在工程测量中的应用

1.1GPS技术概况

GPS即全球定位系统，具有强大的三维导航功能和定位能力，在工程测量中应用此项技术，明显地提高了工程测量的测量效率。GPS技术原理是通过卫星技术对某个目标进行观测测量，通过接收机对卫星与地面的交汇数据进行控制，实现经纬坐标的计算。在具体实践中，为了保证工程测量中测量布点的正确性，并对各个布点能够做到有效的控制，在GPS测量网的架设中至少设置四台接收机来进行数据交汇与控制。四台接收机以分组的方式，每组两台，共分为两组形成网形结构来对GPS测量设备进行组合，以保证平差解算结果的准确性。在布设GPS测量点时，采用网形结构能够有效的提高GPS的通视性。

1.2GPS测量的特点

以下是GPS测量的六个特点：①测量精度准确，在50km以内的基线上，其相对定位精度可达10-6，1000km以外的基线上实现10-8；②GPS在测量中，测站间在互无交流中，即可实现测量的准确点位，从而保证选点工作的灵活性；③在GPS测量时，具有观测时间短的特点。其在静态和动态相对定位中，每站仅需的时间分别为20s和5s之内；④GPS接收机自动化程度日渐提高，具有方便快捷操作的特点。观测人员的工作只需按照对中、整平、量取天线高及开机后设定参数的过程，完成接收机自动观测和记录的工作；⑤GPS测量技术具有随时随地性。其因卫星数目分布均匀，总类丰富的特点，即可确保在任何时间段及任何地点，不受天气的影响，进而连续进行观测；⑥提供三维坐标，GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高程精度已可满足四等水准测量的要求。

2　GPS的选点精度要求

2.1GPS选点的重要性

高精度定位是GPS技术的典型特点。在测量布点网的构设中，应用GPS技术，各个点能够直接接收到GPS卫星发出的信号并从中得到三维定位信息；同时，GPS系统可以根据不同的精度要求对作业方式和处理方法进行恰当的调整。在工程测量布点的过程中，GPS技术只要满足站点位置上空视野开阔即可，没有太多的约束条件，因此布点灵活性更高。GPS技术在工程测量中布点更灵活的特点有利于控制网的选点和测量设计。

GPS技术在选点要求对环境要求很低，在气候恶劣的偏远地区、地势地形更为复杂的山区甚至潮湿的孤岛上，GPS技术都不受外部条件的约束，依然保持较高的观测率，适应性强、机械化程度高是GPS技术能够为工程测量服务的优势所在。GPS技术在选点确定后，其操作非常简单方便。工作人员在进行测量工作时将机器安装好开机启动，在测量出仪器的高度之后就只需要在一旁监视仪器的工作即可。剩下的测绘工作，仪器将会自动准确的完成，而且其结构简单，携带起来也非常方便。

2.2影响选点精度的因素

GPS选点精度会受到信号传播误差、轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及多路径效应的影响，此外，还受到定位参考框架的选择、参考站坐标解算过程中GPS跟踪站的选取，以及流动站在参考站网中的位置、观测时段及卫星分布情况、系统定位算法的优劣等影响。定位在解算过程中，常使用地方坐标系，这就要求一定的转换参数，将坐标转换到所需的地方坐标系下。其中，转换参数受到参考站的坐标转换计算方法和点位误差的影响。

3　GPS网形及平差分析

3.1不同网形对平差成果精度的影响分析

IGS（International GNSS Service）即国际GNSS服务，是由国际测量协会协调的一个永久性GPS服务机构，IGS无偿地向全球用户提供各种GPS信息服务，如GPS精密星历、地球自转参数、跟踪站坐标和运动速率、GPS跟踪站的时钟信息、电离层和对流层数据、GPS卫星的高质量轨道和预测轨道以及每日所有跟踪站的观测数据信息等。结合实际情况，将筛选了三种不同起算点组成的常用图形结构进行了数据分析。

在控制网在IGS站控制范围边缘外侧中，IGS跟踪站不能控制测区，且离测区较远时，平差得到的成果精度最低；控制网远离IGS站控制范围，IGS跟踪站不能控制测区，但有一个跟踪站离测区较近，平差得到的成果精度稍微有所提高，但不显著，且最弱点和次弱点发生了变化；控制网完全在IGS站控制范围内中，测区在IGS跟踪站控制范围内且有比较好的图形结构，平差得到的成果精度最好。可见，测区在IGS跟踪站控制范围内，并能在控制网网形中进行平差计算（如图1），一般就可以获得较控制网在IGS站控制范围边缘外侧，和控制网完全在IGS站控制范围内中结构精度更好的成果。

图1　控制网平差数据分析

3.2不同网形平差成果比较

各种成果的较差可知，各种成果之间由于采用了不同跟踪站作为起算点平差，得到的成果存在一定的系统差，虽说最大较差只有12.1mm，对于普通测量来讲影响不大，但对于高精度的控制网测量来讲已经是不容忽视的问题。

所以，其中需要采用不同的IGS跟踪站作为起算点，平差成果将产生一定的系统误差。另外，作为高精度GPS控制网平差起算点的IGS跟踪站应控制整个测区，那么IGS跟踪站离开测区的距离越短，精度将越高。

4　GPS在工程测量精度保证的具体措施

4.1GPS高程法

综合利用GPS测量资料和地面资料，确定观测点高程的方法，称为GPS高程法（如图2）。用此方法计算的正常高精度，主要取决于GPS工程测量精度和高程异常精度。我国地域广阔，地势复杂，天文重力资料分布不均匀，采用上述方法，特别是在山区要达到一定的精度，目前还是困难的。

图2　GPS高程法

4.2GPS水准法

从利用GPS测量资料在水准资料的综合分析中，并确定高程异常的方法，称为GPS水准法。在区域性的异常及变化规律描述方面，用户为了方便使用，常常采用等值线图法和解析法。等值线图法是指根据已知点的高程异常值，绘出高程异常的等值线图，利用内插方法确定未知点的高程异常值。解析法是采用某种规律的数学面，来拟和测区的似水准面其精度主要取决于所采用的数学面与测区似大地水准面的拟和程度。

4.3选择合适的已知点

水准测量测定决定了已知点的异常值情况，GPS测量测定工程需要正常高通过测量之后获得。在具体操作过程中，水准点一般布设在GPS点上，或者在GPS点上进行水准联测的方法来实现。尽量多的已知点可以保证数据的精确，以及获得更好的拟合结果，已知点的分布必须均匀，且最好将整个GPS网整体包围起来。

4.4分区拟合法

若拟合的区域较广，可以运用分区拟合法，就是将GPS的整体网划分为若干区域。各个区域中的已知点将充分利用至拟合出该区域中，并在各点的高程异常值中，确定出它们的正常高。

若要用零次多项式进行高程拟合时，需要确定1个以上的已知点和1个参数；倘若，进行高程拟合是采用一次多项式，那么需要确定3个以上的已知点，和3个参数；若要进行二次多项式高程拟合，则需要6个以上的已知点和确定6个参数。

5　结语

实现GPS技术工程测量的精度，首先利用GPS技术补充测量网络，主要针对重要控制点进行测量补充，形成完整的地区测量网，为整个工程测量工作的开展打下最坚实的基础；同时对测量网络进行加密，使工程测量的更加准确、严谨。其次，利用GPS技术检测测量网络是否处于有效状态，并对原有网络进行改革升级，设置科学有效的GPS测量网点，以保证GPS网络能够与原有网络相互融合，进而为GPS数据处理提供良好的环境，实现并联和平差。

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P228.4

A

1673-0038（2015）23-0233-02

2015-5-10

肖向军（1970-），男，工程师，本科，主要从事矿山、煤田地质、公路桥梁、地铁、高铁等工程测量和技术管理工作。

鄢加俊（1976-），男，工程师，本科，主要从事采矿、地质、测量方面的工作。