工程测量中GPS控制测量平面与高程精度分析

王涛

摘 要：当前GPS技术已经在我国的工程测量中得到了普遍的应用，也发挥了重要的作用，但是GPS技术在工程测量中往往也会出现一些误差，主要表现为高程误差。本文结合工程实例简要介绍了GPS技术在我国工程测量中的应用状况，并探讨了误差产生的原因，以此为基础提出了控制工程测量中高程精度的具体措施。

关键词：GPS技术；工程测量；高程精度

1 GPS技术在我国工程测量中的应用状况

GPS技术的优势在于测量的准确性较高、定位较快、测量时间较短，尤其适用于野外勘察测量，具有较强的便携性。GPS控制测量技术的基础技术是遥感技术和卫星定位技术。因此在开展测量时应该对接收设施、大气层、卫星轨迹等因素进行充分的考虑。

2 GPS测量出现高程精度误差的具体原因

一般情况下，测量人员主要是运用卫星信号来进行导航定位。此时应该设置一个GPS接收机，接收3颗以上的卫星发出的信号，然后再用一定的换算方法，对卫星信号进行处理，从而得到这些卫星与测量点在该时间段内的距离。在特定的时间段内，GPS卫星具有一定的空间坐标，经过换算之后，能够将该时间段内该测量点相对地球的三维坐标得出来。一般的测量步骤是接收卫星信号、进行参数转换、输出坐标值。然而如果遇到阴雨天等不理想的天气状况，或者大气层中具有过多的干扰物质，就可能对卫星信号的传输和接收造成干扰，导致卫星信号的接收出现失真或者偏差，这也是运用GPS控制测量技术进行工程测量时，出现精度误差的主要原因。与此同时地质条件也会对测量精度造成一定的影响，如果测量现场的地质条件具有强磁场，也会干扰卫星信号。在工程测量中，高程异常情况出现的比较频繁。就是密度分布不均匀的地下物质产生的异常重力影响了高程测量的结果。在工程测量中往往会进行GPS高程拟合，就是用GPS对大地高进行测量，再用水准对正常高进行测量，对二者差异进行拟合，得出似大地水准面，然后经过一定的结算，能够出高程异常。

图1和图2为某矿区使用不同已知点进行测量的E级GPS网，C级 GPS 点是C1-C4，属于二等水准高程，将其作为起算结果。E 级 GPS 点为E1-E4，C2、C1高程为200多米，E2和E1共点，C4的高程是572米，C3的高程是441米，矿区高程为700-900米。对比图1和图2的测量结构发现，在网形结构较差的情况下，平面位置受到的影响不大。该测量实例中平面坐标的最大较差是31米，没有超出精度允许范围。但是E2的高程较差为0.601米，E1的高程较差为0.448米，具有较大的高程误差。

3 控制工程测量中高程精度的具体途径

在工程测量中，GPS技术仍然具有较大的优势，然而如何应对GPS控制测量中的高程精度问题关系到工程测量的准确性。在运用GPS进行工程测量时，应该对其高程拟合要求和工作原理予以充分的考虑，采取有效的措施来控制高程精度。

3.1 提高GPS接收仪的精度 控制测量精度的要点在于控制卫星信号的接收质量。如果GPS接收仪的精度较低，对卫星信号不敏感，容易出现测量偏差。特别是野外工程测量往往会遇到比较复杂的地质条件或气象条件，信号干扰较多。由于测量周围的地形复杂，容易构成磁场，干扰信号。因此应该进一步提高GPS接收仪的精度，选择精度更高的GPS接收仪。高精度的GPS接收仪对信号变化的参数偏差更为敏感，能够更加准确地分辨正常工作信号和干扰信号，保障计算选择的合理性和科学性。

3.2 尽量避免不良天气的干扰 在野外测量中如果遇到不良天气，大气对流层中的信号干扰物质较多，对流较为强烈，很容易对GPS接收仪的信号接收工作造成影响，影响高程计算的准确性。在开展工程测量时尽量避开不良天气，选择天气状况较好的时间来开展工程测量工作，以免高程计算出现误差。

3.3 进一步修正电离层误差 卫星信号会受到大气电离层的折射、反射和干扰作用，导致GPS接收到的卫星信号出现较大的偏差，因此应该采取适当技术措施进行修正，主要的修正方式包括同步观测、电离层模型、多频观测。①同步观测。两个观测站的距离在20千米之内，进行同步观测，以二者机械两端的观测差值为依据，计算电离层测量精度，对测量数据进行纠正。②电离层模型。使用电离层模型来对参数进行修正，将得出的参数放置在电离层模型之中进行参数对比，修正参数精度。③多频观测。在一个测量点上测量多个伪距，然后对不同频率测量得到的伪距测量值的折射率差异进行计算，得出折射改正数值，对GPS测量精度进行提高。

3.4 选择测量点和测量基站 测量点测量基站的选择也会对测量的精度造成影响。在选择测量点时要尽量避开比较复杂的地质情况，避免分布不均匀的地下介质密度造成测量现场周围的较强磁场，影响和干扰卫星信号的接收。

3.5 提高对天线测量精度的重视 天线测量精度往往没有得到测量人员的足够重视，事实上如果将野外作业天线设置成斜向上的发散状，由于天线高程出现误差，测量基站在测量该点的高程时也会出现误差。因此应该提高天线测量的精度，避免较大的高程测量误差。

3.6 选择科学的高程拟合数学模型 高程拟合必须在数学曲面模拟大地水准面模型中进行数据换算，数学计算的精度也会影响高程精度，造成待测点高程和正常点高程具有较大的差值误差。因此应该选择科学的高程拟合数学模型，可以使用多面函数法、样条函数法、二次曲面拟合法、平面拟合法，特别是二次曲面拟合法能够有效地降低数据参数误差，具有较高的计算精度。

4 结语

本文结合工程实例，对GPS测量技术在工程测量中的测量精度问题进行了简要的分析。当前我国的工程测量中广泛地应用到了GPS测量技术，GPS测量技术也在不断完善和改进。从基础设施设备、数学模型计算、测量方式、测量技术层面来控制测量高程精度，使GPS技术能够在工程测量中发挥更大的作用。