黑龙江龙煤地质勘探有限公司 黑龙江鹤岗 154100
摘要：当前GPS技术已经在工程测量中得到了广泛应用，并逐步取代了传统测量手段，通常情况下大面积面状城市基础控制网测量中都可以得到比较理想的GPS网形，但是，很多工程测量中存在的已知点比较少，因此GPS控制网精度或多或少会受到一些影响。下面主要针对工程测量中GPS控制测量平面与高程精度的相关内容进行分析，相信一定可以为同行的研究提供一些参考。
关键词：工程测量；控制测量；GPS；高程误差
一、分析高程测量精度的影响因素
1.1GPS高程拟合方法
所谓GPS高程拟合是指利用GPS测量技术获得大地高，然后利用水准测量得到正常高，计算大地高于正常高二者之间差值，即可得到高程异常值。利用高程异常可以拟合得到大地水准面，利用相应的计算方法即可获得未知测量点的高程异常值。纵观多种传统测量方法，具有工程量大、观测时间长、测量成本高等通病，应用传统测量技术很难保证几何水准高程值的精度，特别是在一些复杂地形的地区，其高程精度更难控制。所以，为了避免高程误差的出现，通常可以利用水准测量的方式对高程进行测量，通过少数GPS点高程测量之后，利用高程拟合技术可以即刻获得其他GPS点高程。实际控制测量工作中，往往由于拟合模型选择不对，获得的结果也不准确，最终必然会造成较大高程误差的出现。
1.2GPS大地高测量精度
在工程测量中，只有获得了精准的大地高程数据，才能对GPS正常高进行准确计算。按照以往的经验来看，GPS大地高测量精度的影响因素是多方面的，卫星误差相对论效应、信号传输对流层延迟、卫星钟差一级卫星星历误差等均是其影响因素。与此同时，CPS大地高测量精度误差的出现与系统生成模型误差也有一些联系。应用GPS技术进行静态测绘的过程中，一定要确保控制点的准确性，并安装足够数量的信号接收设备，但是，在测量控制过程中，以上要求很难得到满足，同时采样观察时间也很难得到原来的时问要求，因此高程测量精度也会受到很大影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
1.3公共点几何水准测量精度
通常有效控制大地高测量值值差与测量点高程异常值即可获得正常值，高程异常值计算中会用到数学方法，在获取数值的过程中，测量点GPS大地高于集合水准高程测量差二者之间会出现较大差值，该差值的出现会对高程测量精度产生较大影响。若不能对水准测量精度进行准确严格的控制，那么高程异常值精度则很难得到保证，这种情况下往往会出现高程精度上的误差。
二、GPS 控制测量实例
2.1 某带状 E 级 GPS 网
某引水工程在施工过程中布设的带状 E 级 GPS网，我们可以了解到，JMS、DSX 和 PXC三个点分别表示已知起算点，平面精确程度达到了 D 级。其中1 ～ 30 号点表示新测量得出的E级GPS点，从而得出GPS拟合高程。然后再将JMS、DSX 和 PXC 3个点作为高程点，通过对其中10个点的水准高程进行精确测量，发现其精确程度达到了四等。由此可见GPS拟合高程和水准高程之间存在的最大误差大约为0.029m。这就表明如果距离较近、高差较小，那么二者之间的误差也较小，也就是说GPS 拟合高程能够在某些情况下取代四等水准高程。
2.2 某矿区 E 级 GPS 网
某矿区分别采用不同的已知点施测的 E 级 GPS 网，C1—C4为 C 级 GPS 点，二等水准高程，并作为起算成果；E1—E4为 E 级 GPS 点，其中E1和 E2为共点。C1和 C2高程为 200 多米，C3高测量的成果比较可知：即使网形结构很差，但其对平面位置影响还是很小，平面坐标较差最大为31 mm，在精度允许范围内；高程较差就明显加大了，E1高程较差为0.448 m，E2高程较差则达到了0.601 m。虽然在各自的控制网平差报告中高程中误差均在厘米级，但很明显这仅仅只是假象。
三、GPS 拟合高程误差成因分析
（1）如果海洋能够处于完全静止状态和平衡状态，那么此时海水面延伸到大陆地面以下形成的整个闭合曲面就是通常我们所说的大地水准面。但是随着地球地形的变化、地质密度的不同会出现较大的起伏变化。一般大地水准面的高度差会在几十米之间，在印度南端最低，大约为-105m，在新几内亚最高，大约为85m。另外，从地面上的任意一个点向下作一条垂线，该点与大地水准面之间的垂直长度为该点的正高，通常我们无法精确得到正高的具体值。此外，从地面上某一点沿着正常重力线，在该重力线上取正常高所得的端点，与地面上该点共同构成的封闭曲面则被称为似大地水准面，它只是一个辅助面，能够进行辅助计算。因此从地面该点沿着正常重力线，取其与似大地水准平面的长度则为正常高，这一高度能够精确得到。所以我国统一采取的高程为正常高，一般情况下我们所说的高程指的就是地面上一点的正常高。
（2）GPS 定位测量所获得的是在 WGS-84 椭球大地坐标系上的成果。也就是说 GPS 测得的高程是该点相对于 WGS-84 椭球的高度，称之为大地高。大地水准面和似大地水准面都是不规则的闭合曲面，而 WGS-84 椭球面是一个规则的椭球面。正常高（H正常）和大地高（H）之间有一差值，称之为高程异常，用 ξ 表示
（3）高程异常值的大小与地球内部的质量分布等密切相关。GPS 高程测量的原理就是在建立 GPS控制网时，除测出平面坐标外，还测量大地高 H。如果在测区中有一定量的 GPS 点同时具有正常高H正常，便可求出这些点的高程异常 ξ。将这些点的高程异常代入到数学拟合方程中，利用最小二乘法求出方程中的各系数，就可以利用相应的拟合方程推算出其他点的高程异常，进而求出其高程。
（4）无论采用哪种数学拟合模型，都是对实际大地水准面的一种逼近，逼近程度的优劣取决于公共点的分布与密度。更重要的是似大地水准面是一个不规则的曲面，用一个规则的平面或曲面逼近它时，不可避免地存在模型误差，这种误差与地区地形复杂程度有很大关系。经过分析认为，高程异常主要是由局部地形引起的。地势平缓地区，高程异常变化比较平稳；地形起伏大的地区，高程异常变化剧烈。
（5）GPS 测量的基本原理是距离后方交会。利用测点与空中 4 个以上的 GPS 卫星（其位置是已知的）的距离求得其空间位置，进而利用已知点坐标通过约束平差求得其在相应坐标系统中的平面坐标和大地高，其精度只与 GPS 观测精度和已知点精度有关。因为 GPS 的观测精度已经很高了，在已知点精度满足要求且分布大致合理的情况下，其平面坐标和大地高精度一般都能满足工程测量要求。而在高程测量中，因采用正常高系统，虽然大地高精度一般能达到精度要求，但影响高程测量精度的主要是高程异常。一旦已知点的分布与密度不理想或地形起伏较大，则 GPS 拟合高程就很难达到精度要求，且一般商用平差软件很难将这种误差准确表现出来。
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，会大大降低 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）目前我国中东部地区大都已完成了地区大地水准面精化工作，分辨率一般达到 2.5' ×2.5'，精度达到 ±5 cm 以内，可以满足大部分的工程测量工作。在条件许可的情况下，应尽量收集、利用这方面的资料。
（3）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]罗力.三峡库区滑坡监测GPS统测构网研究及应用[D].武汉大学，2013.
[2]李春香.GPS静态控制在较大市政工程中的应用[J].城市勘测，2012（05）.
[3]康世英.测量高程异常拟合方法探讨地矿测绘[J].城市道桥与防洪，2010（2）：17-19.
[4]贾自甜，何浩.高程异常拟合方法研究[J].科教前沿，2013（5）：14-16.
[5]马大喜，温旭.浅谈GPS在水利工程测量中的应用[J].科技情报开发与经济，2012，（22）.
论文作者:郭春鹏
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/22
标签：高程论文; 测量论文; 精度论文; 大地论文; 误差论文; 水准论文; 异常论文; 《基层建设》2018年第4期论文;