1、山区城市 GPS 控制测量及其高程精度分析【摘要】GPS 是全球卫星定位系统的简称，其具有全天候作业、全球连续覆盖、定位精度高、观测效率高等优点，GPS 测量技术现已成为测绘领域当中应用最为广泛的技术之一。在我国有着很多山区城市，由于受地理条件等因素的限制，采用传统的测量方法很难对这些山区城市进行高精度测量。而应用 GPS 对山区城市进行测量，则不会受到各种条件的限制，并且还能进一步提高测量精度。基于此点，本文就山区城市 GPS控制测量及其高程精度分析进行浅谈。 【关键词】山区；GPS 控制测量；高程精度 一、GPS 控制测量概述 按照工作性质对 GPS 控制测量进行分类，可分为以下两方面内容
2、：一是内业工作，包括测量前期技术设计、测量后期数据处理以及测量技术总结等；二是外业工作，包括测量前期选点、设置测站标志、埋石、野外观测作业以及作业结果检查等。一般情况下，GPS 控制测量流程分为以下阶段，即设计 GPS 控制网、选点、埋石、野外观测、质量检验、测量数据处理以及测量报告编制。GPS 控制测量的技术性要求较高，在测量工作中，应以满足测量精度和可靠性为前提，降低成本费用支出，提高测量人员工作效率，同时，还应优化设计、精心组织各个测量阶段。GPS控制测量作业要严格遵守相关规范，根据 GPS 定位技术、GPS 接收机硬件和软件技术情况，确定 GPS 控制测量的时间、测量作业要求以及数据处
3、理要求。根据GPS 测量规范中的相关规定，可将 GPS 控制网依据测量精度划分为不同的级别。 GPS 控制测量工作要根据由高级至低级、由整体至局部的原则建立控制网，通过控制网实现控制和碎部测量。GPS 控制网按照测定点的位置不同分为平面控制网测量（即测定点的平面位置工作）和高程控制测量（即测定点的高程工作） 。现阶段，外业工作已经实现数字化，主要包括全站仪导线测量、水准测量、首级控制测量。 二、山区城市 GPS 控制测量及其高程精度分析 （一）GPS 控制测量的具体步骤 本次测量中采用的是南方测绘仪器公司自主研发的北极星 9600 型GPS 测量系统，并以静态相对定位的方式开展测量工作，具体步
4、骤如下： 1.对短基线测量的误差来源进行分析。就短基线而言，因其两个端点间的距离相对较短，所以在数据处理时，可以采用差分的方法。通常情况下，对流层与电离层对测量信号的延迟对两个端点的影响基本相同，而星历误差对两个观测站的影响也大致类似。故此，这些因素全部可以忽略不计。换言之，短基线测量误差的来源主要包括以下几个方面：多路径误差、接收机的位置误差、天线偏差、地面起始点误差以及 GPS 卫星的 PDOP 值。在实际测量时，需要对这些误差采取相应的措施加以控制，这样能够进一步提高测量结果的精确度。 2.选点。站址的选择在 GPS 控制测量过程中是非常关键的环节之一，选择合适的站址，能够有效消除 GP
5、S 信号的传播误差。在具体选择时，除了应当按照 CJJ73-1997 规程中规定的选点要求之外，还应当对周围高于 10的障碍物绘制 GPS 点环视图。此外，GPS 观测站之间虽然不需要相互通视，但在对山区城市进行测量时，应当减除多路径效应的影响。为此，观测站应当尽可能远离面积较大的水面，并避开高层建筑物，观测过程中汽车停放位置应当与测站保持一定的距离。 3.观测。在实际观测时，可按照最近 30d 的星历预报，选取卫星POPD 值相对较小的时段进行观测，并依据点位的选择情况，再结合 GPS点环视图、基线具体长度等相关因素，制定出合理可行的观测计划和日观测表。观测人员则可根据实地情况有选择地增加观
6、测时段的长度，这样能够获得更加准确的数据。 4.数据处理。当每日的观测工作完成之后，对观测数据进行下载，然后按照相关规程、技术设计对外业全部资料进行检查验收，具体包括如下内容：成果是否与规程要求相符、观测数据的质量分析是否与实际情况相符等等。观测人员可以采用随机软件对基线进行处理，并以合格的双差固定解作为短基线处理的合格解。对于某些基线的处理，若是软件无法解算出合格解时，可以通过改变解算条件的方法进行重新解算，如改变历元间隔、改变高度截止角、禁止无效历元等等。该环节完成之后，需要对全部解算出来的合格固定解的基线进行检验核对。如果检验的过程中发现超限的情况时，必须对具体原因进行认真分析。 5.野
7、外返工。对于经过检验核对，并且进行综合分析之后超限的基线，必须进行野外返工。具体包括以下两种情况：其一，当一个控制点无法与两条合格的独立基线相连接时，则必须将之纳入到下一日的观测计划当中，同时应当对观测网形进行适当调整，确保补测或是重测不少于 1 条独立基线；其二，当舍弃基线后的独立环含有的基线数量小于等于 10 时，因点位于 GPS 测量要求不符而导致某个测站多次重复测量仍然无法满足限差技术规定时，应当在整网观测完毕之后，对基线进行重测。（二）高程精度的控制措施 1.天线高的准确测量。造成 GPS 高程误差的重要原因之一为天线高测量不准确。一般情况下，野外作业通常量取天线的斜高，即在天线圆盘
8、间隔大致 120的 3 个方向上分别量取天线高，如此反复测量 3 次，在保证 3 次测量结果差值小于 3mm 的情况下取平均值。必须注意的是，如果在野外作业时采用的天线类型不同，则要密切关注天线相对中心在高度上的变化量。 2.对 GPS 网进行优化设计。GPS 网的图形结构在一定程度上影响着GPS 控制网的测量精度，其中，网的图形结构中的各站点基线数目和基线权阵是主要影响因素。在测量过程中，要根据测量需要以及 GPS 接收机观测作业的情况，优化设计 GPS 控制网的几何图形结构。在城市发展规划和地形条件的影响下，山区城市 GPS 控制网的网形呈现出不规则状态，其基线边的长短相差偏大。 3 准确
9、解算相位整周未知数。相位整周未知数的正确解算有利于确保控制点三维坐标值的计算精确性。现阶段，相位整周未知数的解算要以充足的观测数据为依据，所以必须确保站点上的观测时间要超过 2h，对短边观测要运用实时动态和快速静态 RTK 技术，通过双频接收机快速获取整周未知数。 结论： 总而言之，我国大部分山区的地形起伏都相对较大，基于这一前提，使得待定点之间无法通视，并且接近于地面高度的大气密度也比较大，整体透明度较差，折光过程会受到严重影响，这样一来，导致了传统的导线测量、三角测量以及高程引测等难度较大，并且传统测量的网形设计的各项误差均会对测量成果的精度造成影响。GPS 控制测量以其自身所具有的全天候、高精度、费用低、工作效率高等特点，成为山区城市测绘过程中的首选方法。在实际应用中，需要采取相应的措施确保高程精度，这是非常关键的环节。 参考文献 1李国波.方广杰.GPS 测量控制网网形的优化设计J.湘潭师范学院学报.2009（4）. 2宋良学.周开元.中小城市首级 GPS 控制网布测方案的选择J.科技资讯.2008（2）. 3张小红.郭雯.李星星.林晓静.GPS/GLONASS 组合精度单点定位研究J.武汉大学学报.2010（1）. 4吴红跃.GPS 控制网的布设和衡量指标分析J.科技创新与应用.2011（9）.
