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宁夏煤炭基本建设有限公司 宁夏回族自治区 750000
【摘 要】随着我国科学技术的发展与创新，GPS技术已经得到提高并且广泛应用于我国的经济建设和城市化建设中，尤其在工程测量中GPS控制测量技术发挥了及其重要的作用。在工程测量中，GPS控制测量技术的运用不仅降低了作业难度，还提高了测量结果的质量以及精确度。为此，我们更要不断对GPS控制测量技术进行研究，使其更好的在工程测量中发挥作用。本文介绍了GPS 的组成，分析了影响高程测量精度的主要因素，谈了GPS高程测量精度的措施。
【关键词】工程测量；GPS；平面误差；高程误差
全球卫星导航定位系统是通过在空间保持发行状态的卫星源源不断的向地球发送加载了特殊定位信息的无线电信号的某种频率，从而能够实现定位测量的定位系统。最具代表性的是GPS定位测量技术。在实际测量中，大多数的工程测量存在已知点少、已知点的位置分布不合理、网形不佳、不宜进行水准测量等问题，这些问题都会直接导致GPS控制网的精度得不到保障。
一、GPS 的组成
GPS 主要由空间部分、地面控制部分和用户部分组成。
1.空间部分。GPS 的空间部分由24 颗分布在6 个倾角为550 的几乎为圆形轨道上绕地球运行的GPS 工作卫星组成，每个轨道上有4颗卫星，卫星的平均高度为20200km。每颗GPS 工作卫星都发出用于导航定位的导航电文（信号），其运行周期约为12 恒星时，确保全球任一位置在任何时间均能接收到4 颗以上卫星信号。
2.地面控制部分。GPS 的地面控制部分由分布在全球的个主控站、五个监控站和三个注入站构成。主控站的作用是根据各监控站对GPS 的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。
3.用户部分。GPS 的用户部分由GPS 接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接收GPS 卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。
二、影响高程测量精度的主要因素
1.GPS大地高的测量精度。推算出精度较高的GPS正常高的重要前提之一是获得精度较高的GPS大地高程观测数据。通常，影响GPS大地高测量精度的因素主要有：卫星星历误差、卫星钟差、相对论效应等，这些是和卫星相关的误差；与信号传播有关的误差有对流层延迟、电离层延迟、多路径效应等等；与接收设备相关的误差有天线对中误差、天线整平误差、量取天线高引起的误差、由天线相位中心导致的误差等；在星历、已知点三维坐标的影响下、或者选用有误差的模型的影响下导致数据处理产生误差。当进行GPS静态定位测量时，必须要确保控制点位置的准确性，安置足够数量的接收机，确保得到的观测数据满足要求（采样率时间以及观测时段的时间通常要在25min以上），仔细明确卫星的截止高度角和天线高度，这些都可以在一定程度上减小甚至完全避免上面提到的影响因素，确保高程测量达到要求的高精度。
2.公共点几何水准测量精度。通常控制测量点的大地高与高程异常值的差值就可以得到正常值。其中高程异常值是运用数学方法拟合得到的，并且与测区某些点的GPS大地高和相应的几何水准高程测量值的差值有关。所以不难看出，要想得到高精度的高程异常值，就必须要求有高精度的几何水准测量起算点，还要注意的是，在工程测量中，水准测量本身的精度等级也是有严格要求的。
3.GPS高程拟合的方法。大地高减去正常高就得到了高程异常（大地高是由GPS测量得到的，正常高是由水准测量得到的），再由高程异常拟合出似大地水准面，然后通过解算得出未知点的高程异常，这就是GPS高程拟合的基本原理。虽然通过传统的方法测量得到的几何水准高程值具有很高的精度，但是在实际的工程施工测量中，存在很多苦难，如工作量巨大、测量费用高、观测所需的时间较长，在一些山丘等地质情况复杂的地区，其测量值达不到工程所要求的精度等等。因此我们可以采用水准测量方法进行测量，即对很少一部分的GPS点进行高程测量，然后利用高程拟合技术手段解算出剩下相关GPS点的高程。因此，选择合适的大地水准面拟合模型，并对其进行准确的计算，都有益于得到高精度的控制点高程。
三、GPS高程测量精度的措施
1.大地高测量采取的方法。第一，差值运用同步观测量来求。在工程GPS控制测量中，利用同步观测量求差是较为简单有效的数据处理方法。同步求差法具有明确的理论依据，即观测距离相距在20km以内的情况下，这两个同步观测站所受到的对流层影响、卫星星历误差以及电离层的影响都可以看做是基本没有差别的，并且运用同步求差法就可以将存在的误差进一步减小到忽略不计。但是，运用这种方法的前提条件必须满足两个观测站是同步进行观测的，他们之间的距离必须保证不超过20km。第二，站址的选择也很重要。虽然没有要求GPS观测站之间必须能够互相看得见，但是恰当选择合适的观测点位置是很有必要的，不仅要严满足照相关规定，还要根据具体的工程测量环境，灵活多变的制定最适合的站址选择方案。第三，天线高的量取要确保正确。如果天线高测量存在误差，将会导致GPS高程的严重误差，因此，我们要给予天线高的测量应有的高度重视。通常，在野外作业时，将天线的斜高作为测量值，在测量过程中将天线圆盘以120°为间隔分为三个方向，分别测量这三个方向的天线高，并且要保证这三个测量结果的误差在3mm之内，然后取平均值。除此之外，由于在野外作业时所用到的天线类型不尽相同，要注意相位中心的高度会随之有所变化。第四，可以将GPS网的图形结构进行优化设计。
2.选用合理的高程拟合数学模型。通常，我们首先构造出一种数学曲面来拟合似大地水准面，然后利用其推算出GPS测量区域内控制点的正常高以及待定点的正常高。常用的拟合方法有平面拟合法、二次曲面拟合法、样条函数法以及多面函数法。由于二次曲面拟合法一般能够得到较高精度的高程异常值，因此常常被采用，当然我们也要结合观测地区的实际地形地貌进行选择。
3.高程控制点。高精度的高程起算点是使通过拟合得到的各GPS高程点达到测量标准的重要关键之一，而高程起算点的精度包括其点位的稳定性和测量精度等级。与此同时，拟合所需的水准点尽可能满足均匀分布，并且要求有6个或6个以上。当所测区域面积较大且存在较大地形差别时，可将测区分块分别建立拟合模型，这将有效保证高程拟合精度。
四、结论
1.GPS 拟合高程的误差主要来源于高程异常模型的确定。在已知点的分布和密度不合理或地形起伏较大时，会降低GPS 拟合高程的精度，在20 ～ 30 km 的范围内，其误差可能会超过1 m。在地形平缓地区，已知点密度足够且分布合理，则GPS拟合高程还是可用的，反之，则要相当慎重。
2.GPS 平面测量中对网形要求不甚严，相比于三角网和导线网网形，其要求要低得多，在已知点精度满足要求且分布大致合理的情况下，其平面坐标一般都能满足工程测量要求。
参考文献：
[1]陈文森. 连续运行卫星定位综合服务系统建设与应用[M]. 北京：科学出版社，2012.
[2]冯辉. 利用RTK 和全站仪进行河面断面测量的应用和误差分析[J].测绘与空间地理信息，2014，37（2）.
[3]王积开，张峡.山区村落单机站RTK 测量的可靠性检测和成果精度评估[J]. 测绘与空间地理信息，2014，（5）.
【摘 要】随着我国科学技术的发展与创新，GPS技术已经得到提高并且广泛应用于我国的经济建设和城市化建设中，尤其在工程测量中GPS控制测量技术发挥了及其重要的作用。在工程测量中，GPS控制测量技术的运用不仅降低了作业难度，还提高了测量结果的质量以及精确度。为此，我们更要不断对GPS控制测量技术进行研究，使其更好的在工程测量中发挥作用。本文介绍了GPS 的组成，分析了影响高程测量精度的主要因素，谈了GPS高程测量精度的措施。
【关键词】工程测量；GPS；平面误差；高程误差
全球卫星导航定位系统是通过在空间保持发行状态的卫星源源不断的向地球发送加载了特殊定位信息的无线电信号的某种频率，从而能够实现定位测量的定位系统。最具代表性的是GPS定位测量技术。在实际测量中，大多数的工程测量存在已知点少、已知点的位置分布不合理、网形不佳、不宜进行水准测量等问题，这些问题都会直接导致GPS控制网的精度得不到保障。
一、GPS 的组成
GPS 主要由空间部分、地面控制部分和用户部分组成。
1.空间部分。GPS 的空间部分由24 颗分布在6 个倾角为550 的几乎为圆形轨道上绕地球运行的GPS 工作卫星组成，每个轨道上有4颗卫星，卫星的平均高度为20200km。每颗GPS 工作卫星都发出用于导航定位的导航电文（信号），其运行周期约为12 恒星时，确保全球任一位置在任何时间均能接收到4 颗以上卫星信号。
2.地面控制部分。GPS 的地面控制部分由分布在全球的个主控站、五个监控站和三个注入站构成。主控站的作用是根据各监控站对GPS 的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。
3.用户部分。GPS 的用户部分由GPS 接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接收GPS 卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。
二、影响高程测量精度的主要因素
1.GPS大地高的测量精度。推算出精度较高的GPS正常高的重要前提之一是获得精度较高的GPS大地高程观测数据。通常，影响GPS大地高测量精度的因素主要有：卫星星历误差、卫星钟差、相对论效应等，这些是和卫星相关的误差；与信号传播有关的误差有对流层延迟、电离层延迟、多路径效应等等；与接收设备相关的误差有天线对中误差、天线整平误差、量取天线高引起的误差、由天线相位中心导致的误差等；在星历、已知点三维坐标的影响下、或者选用有误差的模型的影响下导致数据处理产生误差。当进行GPS静态定位测量时，必须要确保控制点位置的准确性，安置足够数量的接收机，确保得到的观测数据满足要求（采样率时间以及观测时段的时间通常要在25min以上），仔细明确卫星的截止高度角和天线高度，这些都可以在一定程度上减小甚至完全避免上面提到的影响因素，确保高程测量达到要求的高精度。
2.公共点几何水准测量精度。通常控制测量点的大地高与高程异常值的差值就可以得到正常值。其中高程异常值是运用数学方法拟合得到的，并且与测区某些点的GPS大地高和相应的几何水准高程测量值的差值有关。所以不难看出，要想得到高精度的高程异常值，就必须要求有高精度的几何水准测量起算点，还要注意的是，在工程测量中，水准测量本身的精度等级也是有严格要求的。
3.GPS高程拟合的方法。大地高减去正常高就得到了高程异常（大地高是由GPS测量得到的，正常高是由水准测量得到的），再由高程异常拟合出似大地水准面，然后通过解算得出未知点的高程异常，这就是GPS高程拟合的基本原理。虽然通过传统的方法测量得到的几何水准高程值具有很高的精度，但是在实际的工程施工测量中，存在很多苦难，如工作量巨大、测量费用高、观测所需的时间较长，在一些山丘等地质情况复杂的地区，其测量值达不到工程所要求的精度等等。因此我们可以采用水准测量方法进行测量，即对很少一部分的GPS点进行高程测量，然后利用高程拟合技术手段解算出剩下相关GPS点的高程。因此，选择合适的大地水准面拟合模型，并对其进行准确的计算，都有益于得到高精度的控制点高程。
三、GPS高程测量精度的措施
1.大地高测量采取的方法。第一，差值运用同步观测量来求。在工程GPS控制测量中，利用同步观测量求差是较为简单有效的数据处理方法。同步求差法具有明确的理论依据，即观测距离相距在20km以内的情况下，这两个同步观测站所受到的对流层影响、卫星星历误差以及电离层的影响都可以看做是基本没有差别的，并且运用同步求差法就可以将存在的误差进一步减小到忽略不计。但是，运用这种方法的前提条件必须满足两个观测站是同步进行观测的，他们之间的距离必须保证不超过20km。第二，站址的选择也很重要。虽然没有要求GPS观测站之间必须能够互相看得见，但是恰当选择合适的观测点位置是很有必要的，不仅要严满足照相关规定，还要根据具体的工程测量环境，灵活多变的制定最适合的站址选择方案。第三，天线高的量取要确保正确。如果天线高测量存在误差，将会导致GPS高程的严重误差，因此，我们要给予天线高的测量应有的高度重视。通常，在野外作业时，将天线的斜高作为测量值，在测量过程中将天线圆盘以120°为间隔分为三个方向，分别测量这三个方向的天线高，并且要保证这三个测量结果的误差在3mm之内，然后取平均值。除此之外，由于在野外作业时所用到的天线类型不尽相同，要注意相位中心的高度会随之有所变化。第四，可以将GPS网的图形结构进行优化设计。
2.选用合理的高程拟合数学模型。通常，我们首先构造出一种数学曲面来拟合似大地水准面，然后利用其推算出GPS测量区域内控制点的正常高以及待定点的正常高。常用的拟合方法有平面拟合法、二次曲面拟合法、样条函数法以及多面函数法。由于二次曲面拟合法一般能够得到较高精度的高程异常值，因此常常被采用，当然我们也要结合观测地区的实际地形地貌进行选择。
3.高程控制点。高精度的高程起算点是使通过拟合得到的各GPS高程点达到测量标准的重要关键之一，而高程起算点的精度包括其点位的稳定性和测量精度等级。与此同时，拟合所需的水准点尽可能满足均匀分布，并且要求有6个或6个以上。当所测区域面积较大且存在较大地形差别时，可将测区分块分别建立拟合模型，这将有效保证高程拟合精度。
四、结论
1.GPS 拟合高程的误差主要来源于高程异常模型的确定。在已知点的分布和密度不合理或地形起伏较大时，会降低GPS 拟合高程的精度，在20 ～ 30 km 的范围内，其误差可能会超过1 m。在地形平缓地区，已知点密度足够且分布合理，则GPS拟合高程还是可用的，反之，则要相当慎重。
2.GPS 平面测量中对网形要求不甚严，相比于三角网和导线网网形，其要求要低得多，在已知点精度满足要求且分布大致合理的情况下，其平面坐标一般都能满足工程测量要求。
参考文献：
[1]陈文森. 连续运行卫星定位综合服务系统建设与应用[M]. 北京：科学出版社，2012.
[2]冯辉. 利用RTK 和全站仪进行河面断面测量的应用和误差分析[J].测绘与空间地理信息，2014，37（2）.
[3]王积开，张峡.山区村落单机站RTK 测量的可靠性检测和成果精度评估[J]. 测绘与空间地理信息，2014，（5）.