工程測量中GPS控制測量平面與高程精度的研究

吳欽寶

摘? ? 要：隨著我國科技的快速發(fā)展，GPS測量技術(shù)在工程測量中廣泛應(yīng)用。在現(xiàn)階段的工程測量當(dāng)中，GPS控制測量已經(jīng)基本替代了以往的常規(guī)測量方案。盡管GPS優(yōu)勢突出，但是其也存在著一定的不足，和傳統(tǒng)的測量手段相比，其直觀性稍遜色一些，而且在高程測量方面的誤差比較明顯。首先概述了GPS控制測量技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并列舉了有關(guān)實例，然后分析了工程測量中影響GPS控制測量平面和高程精度的主要因素，并制定了提升高程測量精度的具體方案。

關(guān)鍵詞：工程測量;GPS控制測量平面;高程精度;研究

1? 引言

進(jìn)行工程測量時，大部分工程測量所具有的已知點相對較少，已知點位置分布不合理、網(wǎng)狀不佳等情況，使其水準(zhǔn)測量很難進(jìn)行，采用GPS控制測量時，極易使得其控制網(wǎng)精度無法得到保障，而這個過程中對應(yīng)平面精度不會受到影響，高程精度誤差則相對比較明顯。因此，結(jié)合實際情況對工程測量特性做全方位的分析，根據(jù)具體情況提高其高程測量精度，是保障工程測量GPS控制測量準(zhǔn)確性，體現(xiàn)測量效果和價值的關(guān)鍵。

2? GPS控制測量技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在工程測量中，GPS控制測量的優(yōu)勢有很多，主要包括精度高、速度快、費用低廉以及操作簡單等等，所以其現(xiàn)階段的使用頻率非常高。當(dāng)前，以往所使用的測量方案已經(jīng)基本上被GPS測量技術(shù)所替代了。倘若GPS的網(wǎng)形很好，已知點充足且分布均勻的話，那么精度一般不會出現(xiàn)問題。但是在真實的測量當(dāng)中，通常情況下已知點都不夠且分布不均，不僅網(wǎng)形不理想，而且相對高差非常大，對GPS控制網(wǎng)的精度產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。為了明確影響的大小，有關(guān)操作者對部分GPS控制網(wǎng)展開了精準(zhǔn)測繪和具體分析，通過不一樣的起算點，得出相應(yīng)的數(shù)值，然后對比分析。經(jīng)過多次反復(fù)的測算和研究，發(fā)現(xiàn)倘若是在平面位置上，不管使用什么起算點，結(jié)果的誤差都不是太明顯，最大的坐標(biāo)較差低至25nm，微乎其微。換言之，GPS控制測量并不會影響平面的精度。但是在高程較差上，最大誤差值竟然達(dá)到了678mm，最小的誤差值也有52mm，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了精度允許范圍。這也充分表明GPS控制測量會對高程精度產(chǎn)生比較大的影響。

3? 工程測量中影響GPS控制測量平面和高程精度的主要因素

在進(jìn)行GPS控制測量時，影響高程精度的主要因素與其大地高測量精度有著直接關(guān)系。而在實際實踐過程中GPS大地高測量所涉及專業(yè)節(jié)點相對較多，比如，衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星星歷誤差等有關(guān)衛(wèi)星的誤差，都會使得大地高程測量精度受到影響。同時，相應(yīng)對流層、電離層所存在的延遲以及多路徑效應(yīng)，都會使得衛(wèi)星信號受到一定程度的不良影響，且在傳播誤差上，天線對中誤差、天線整平誤差等都使得其與相應(yīng)接收設(shè)備傳輸精度遭到破壞，繼而使后續(xù)大地高程測量真實度無法得以保障。這個過程中，如果選用模型無法對其進(jìn)行及時全面的分析，將會使得整個數(shù)據(jù)處理出現(xiàn)問題，造成后續(xù)高程測量精準(zhǔn)度無法得以體現(xiàn)。確定高程值可通過對大地高程和高程異常值的差值來進(jìn)行確定。這個過程中高程異常值主要是運用相應(yīng)數(shù)學(xué)方法進(jìn)行擬合而獲取，其與測區(qū)某些節(jié)點的GPS大地高程以及相應(yīng)幾何水準(zhǔn)高程測量值的差值存在一定關(guān)聯(lián)，因此，高程異常值必須要明確幾何水準(zhǔn)測量起算點的精度，在工程測量中水準(zhǔn)測量本身精度等級標(biāo)準(zhǔn)有著較為嚴(yán)格的劃分，因此，一旦幾何水準(zhǔn)測量精度缺乏實效性，也會導(dǎo)致高程測量精度出現(xiàn)問題。通常用大地高程與正常高程相減則會得到對應(yīng)高程異常，其中大地高程由GPS測量得到，正常高程中由水準(zhǔn)測量獲取，之后將高程異常值進(jìn)行擬合，形成對應(yīng)大地水準(zhǔn)面，采取相關(guān)結(jié)算得出未知點的高程異常。通常采用傳統(tǒng)測量方法由于工作量大、測量費用高、觀測時間長等問題，使最終效果無法得以保障，因此，在實際實踐過程中，采用水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行對應(yīng)測量時，只對較少部分GPS點進(jìn)行高程測量，之后結(jié)合高程擬合技術(shù)手段計算剩下相關(guān)GPS點的高程，以此完成GPS高程擬合。

4? 提高工程測量中GPS控制測量精度對策分析

4.1? 科學(xué)選擇大地高的測量方式

一方面，應(yīng)當(dāng)充分保障天線高的正確量取;測量天線高中出現(xiàn)的誤差是影響高程精度的關(guān)鍵原因之一，所以對天線高的測量工作必須給予高度重視。在進(jìn)行野外作業(yè)時，需把天線斜高定為測量值，并把天線圓盤分成3個不同的方向，保障間隔角度大小一致。隨后分別測量各個方面的天線高，將測量誤差控制在3mm之內(nèi)，并且取平均值。在整個野外作業(yè)的過程之中，由于所使用的天線類型存在差異，所以天線高也會發(fā)生相應(yīng)的改變，因此需要合理控制相位中心的高度。另一方面，必須選擇科學(xué)恰當(dāng)?shù)恼局?在工程測量中，觀測點的位置會直接影響到最終結(jié)果。因此必須嚴(yán)格參照工程的實際環(huán)境，選擇恰當(dāng)?shù)恼军c。除此之外，還需靈活運用同步觀測法計算差值。一般情況下，如果觀測的距離沒有超過20km，電離層、衛(wèi)星星歷誤差以及對流層等因素便會深入影響2個同步觀測站，在這種情況下靈活運用同步求差法，便可以將誤差減低到忽略不計。

4.2? GPS高程擬合方法的專業(yè)合理運用

通過數(shù)學(xué)方法擬合得出高程異常值過程，應(yīng)結(jié)合實際對GPS高程擬合方法進(jìn)行全面的分析和比對，明確高程擬合方法及流程的專業(yè)性。通常在進(jìn)行高程擬合時，先要構(gòu)造數(shù)學(xué)曲面，擬合似大地水準(zhǔn)面作業(yè)，以此來推算測量區(qū)域控制點以及待定點的正常高程，這個過程中所用擬合方法主要以平面擬合法、多面函數(shù)法、樣條函數(shù)法及二次曲面擬合來體現(xiàn)。根據(jù)實際情況，對其地形地貌做好數(shù)據(jù)信息的整理分析，采取適當(dāng)?shù)臄M合方法進(jìn)行對應(yīng)解算。解算期間需要注意，高程異常值大小與地球內(nèi)部質(zhì)量分布等有著直接關(guān)系，擬合準(zhǔn)確性決定著相應(yīng)實際大地水準(zhǔn)面的成像展示效果，對高程測量精度有著直接影響，因此，確保GPS高程擬合方法的專業(yè)合理運用，對GPS控制測量高程精度的提升作用明顯。

4.3? 選擇恰當(dāng)?shù)母叱虜M合數(shù)學(xué)模型并加強(qiáng)控制點的布設(shè)

在具體的工程測量當(dāng)中，大多數(shù)情況下都會通過構(gòu)造數(shù)學(xué)曲面的方法來擬合似大地水準(zhǔn)面，然后再用其來推算測量范圍當(dāng)中控制點以及待測量點的正常高度值。根據(jù)以往的經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，使用頻率最高的擬合方式主要有4種，分別為平面擬合法、二次曲面擬合法、樣條函數(shù)法以及多面函數(shù)法等。與此同時，與另外3種擬合方式相比，二次曲面擬合法應(yīng)用得最為普遍，且更容易獲取精確的高程異常值。不過具體選擇哪一種擬合方式，還應(yīng)當(dāng)視實際觀察環(huán)境而定。除此之外，還必須強(qiáng)化控制點的布設(shè);充分保障高程起算點的穩(wěn)定程度和測量精度。因為高程起算點是有效保障所有GPS高程點符合測量標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵所在，其精度主要涵蓋2個方面，其一是測量精度等級，其二是點位穩(wěn)定性。而且擬合中所需要的水準(zhǔn)點，應(yīng)當(dāng)盡量均勻分布，總數(shù)必須超過6個。若測量范圍很大或是地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，則可通過分區(qū)域建立擬合模型的方式來強(qiáng)化擬合精度。

5? 結(jié)語

通過對工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析，可以看出GPS控制測量對平面精度影響相對較小，主要是對高程精度影響較為明顯。因此，在實際測量過程中，需結(jié)合具體信息情況做好科學(xué)合理的對策，保障工程測量中GPS控制測量效果能夠達(dá)到預(yù)期的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

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