工程测量中应用GPS控制测量平面及高程精度控制建议

摘要：GPS（Global Positioning System）是全球定位系统的简称，它最开始是美国国防部为达到军事上的精密导航而设计的高精度卫星定位系统。它具备高效率、全方位、多功能、抗干扰等特点和优势，目前已被世界各国在不同领域所应用。GPS技术在工程测量中的应用是一项重大技术革命，本文对影响GPS高程精度的要素进行分析，并就如何对高程精度进行控制提出对策，希望对相关行业工作者提出参考性建议。

关键词：GPS；卫星定位系统；工程测量；高程精度

1 概述

自上世紀七八十年代以来，GPS技术最先在美国被研发出来，经过快速的发展，到九十年代已被全世界范围内应用于各个领域。该技术主要由三部分构成，即空间卫星系统、地面监测系统以及用户设备。其定位功能主要是通过卫星系统接收来自卫星发出的无线电信号完成的，不仅能为军事、国防提高重要的数据支撑，也对人们生产生活的领域提供了便利，到目前为止，在工业生产方面几乎代替了所有传统测量技术。在工程测量中，使用GPS技术进行控制测量平面主要有几大流程，首先，要收集测量区域的资料，按照作业要求选择合适的布点，根据地形、接收机情况和卫星情况对布点进行考察与设计。其次，进行外业观测作业，所谓外业观测就是对GPS信号进行获取、接受和跟踪，获得数据后要对其进行备份，根据无线类型和时段将其进行存储和修补测量。此外，工程测量要严格按照《全球定位系统测量规范》中的规定的测量标准进行，其测量的任务、密度、时间、精度以及经济指标都要严格达标。

2 影响GPS高程测量精度的主要原因

下面，我们从以下几个方面就影响GPS高程测量精度的主要原因进行简要分析。

2.1 难以获得GPS大地高程的测量精度

高精度GPS测算的重要前提是获得高精度GPS大地高程观测数据。但后者受星历误差、相对论效应以及卫星钟差等不确定性因素的影响较大，同时，GPS大地高程观测数据也与电离层与、对流层的延迟以及多路径效应有关，此外，三维坐标和天线对中、整平误差也是导致GPS大地高程观察数据失准的重要因素。当GPS进行静态定位时，以上数据的准确才能保证GPS高程测量数据的精确性。

2.2 难以获得高精度几何水准测量起算点

一般情况下，大地高与高程异常值之差就是控制测量点的数值，其中，高程异常值是可以拟合得出的，它与测量区域的几何水准高程测量指也存在一定的比例关系，因此，若是想确保高程精度，就必须将几何水准测量起算点测量精确。

2.3 GPS高程拟合方法

GPS高程拟合的基本原理是先测算出大地高与正常高之差，得到高程异常值，然后拟合大地水准面，得到未知点的高程异常值。虽然这种拟合方法能够使测算数据保持较高的精度，但在实际操作中却十分困难，如工作量大、费用高、时间长等，如遇到地形复杂的区域，测量程序会更加繁琐。此后又研制出了水准测量法，要对大地水准面进行拟合模型，取少部分GPS点进行测量，通过多次测量去平均数来提高精度。

2.4 测量环境的复杂性和多变性

如果工程施工的地区环境较为恶劣，在此处测量的精度会受多方面因素影响，虽然理论上高程拟合方法能够确保大地水准点的精确度，但由于实际施工中变化因素和不可控因素较多，难免对测量结果产生不利影响。

3 提高GPS高程测量精度的方法和建议

针对以上原因，我们从以下几个方面就如何提高GPS高程测量的精度提出方法和建议。

3.1 根据大地高选取测量方法

首先，差值可以使用同步观测量来获取。其理论依据是在观测距离不超过20米的范围内，利用对流层对同步观测站和卫星星历误差的影响，使用同步求差法将误差降低到最小。其次，选择合适的站址。虽然没必要使两个GPS观测站用肉眼就能看到，但还是要根据具体的测量环境，设计灵活性较强的站址。第三，正确量取天线高度。天线高度出现一丝的误差，就会使高程测量出现大的失误，尤其是在野外作业时，更要格外引起重视。可将天线的斜高作为测量值，将天线圆盘等分为三份，即120°一份，分别对三个方向进行测量，并使误差小于5毫米，再对测量结果取平均值。

3.2 选择高精度的GPS接收器

在用GPS进行工程测量时，卫星信号的接收质量尤为关键，精度较低的接收器在敏感性和信号方面都较弱，尤其在地质条件复杂的区域易使测量结果存在较大偏差。因此要选用高精度的GPS接收器，采用正确的计算方式，使其准确判断干扰信号和正常信号之间的区别。其次，对于一个点的测量可选用多台接收器进行测量，通过差值和平均值来修正测量结果。

3.3 选择晴朗的天气测量

对流天气对信号的干扰作用很大，会使GPS接受信号失真，使高程精度计算出现较大的偏差，因此在进行测量时，尽可能的选择晴朗无风的天气，不要在雷雨天气和大风天气时进行测量，避免自然条件的原因产生测量误差。

3.4 选择合理的测量基站和观测点

由于地质条件的差异，使地下介质的密度有所不同，若是测量地点的附近存在高磁区域，会对测量结果产生较强干扰，因此，在选择测量基站和观测点的时候，尽量使周边环境空旷，基站的间距较大，不少于500米，以确保实际策略的准确性。同时，要保证拟合水准点均匀分布，使其数量达到6个以上，地形不要有较大的差异。

4 总结

综上所述，采用GPS技术进行测量是当前工程建设发展的一大趋势，不仅提高了工作效率，降低了工作难度，也使精度得到了有效提升，虽然在GPS高呈精度控制方面还存在一些不足，但在实践中加以完善，定会使其发挥更大的作用。

参考文献：

[1]牛丽红.现阶段数字化测绘技术在工程测量中的有效运用[J].科学与信息化，2017 （12）.

[2]钱俊锦.现阶段数字化测绘技术在工程测量中的应用[J].城市建筑，2016.

作者简介：孟芳（1971），女，汉族，吉林吉林人，本科，副高级工程师，水利工程测量。