GPS高程测量方法适宜性分析研究

GPS高程测量方法适宜性分析研究

摘要：本文基于笔者多年从事GPS程测量的相关工作经验，以GPS高程测量为研究对象，分析了静态观测法、实时动态观测方法与参数转换法三种高程测量方法的原理与适宜性，总结了不同高程测量要求下的测量方法的选择，全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：CORS 水平位移监测前方交会精度

随着城市建设的快速发展、城市范围的不断扩张，为适应规划、土地等职能部门对地理数据、地理信息实时性的要求，建立和维持长期稳定、具有较高精度、动态的城市坐标参考框架是非常有必要的。由于GPS技术、网络技术、通讯技术的不断发展，衍生出的连续运行参考站系统，为城市空间信息及其动态变化的采集提供了技术保障。

GPS高程测量的研究和实践，尤其是近年来，随着似大地水准面精化理论与实践的迅速发展而加速前进。如何充分利用GPS资源，特别是基于近年来发展迅速的连续运行卫星定位基准站系统基础上，及时获取实用的三维空间地理信息，正成为测绘领域—个新的发展方向。本文对实施GPS高程测量的几方法进行探讨。

1 网络RTK测量研究

网络RTK技术的基本原理是借鉴广域差分GPS和具有多个基准站的局域差分GPS中的基本原理和方法，在某一区域内稀疏地、较均匀地布设多个(一般为3个或3个以上)基准站，构成一个连续运行基准站网，对该地区构成网状覆盖，并以这些基准站中的一个或多个为基准，消除或削弱各种误差的影响，计算和发播GPS改正信息，对该区域内的GPS用户(流动站)进行实时导航定位，获得高精度的定位结果。该技术的关键是融合基准站的观测数据，生成与流动站上真实误差较为相近的误差改正数，以消除或削弱网络RTK中空间相关误差对导航定位的影响。

网络RTK技术的出现使一个地区的测绘工作成为一个有机整体，与传统RTK技术相比，网络RTK具有覆盖范围大、测量成本低、精度高、可靠性强以及应用范围广等优点。

2 基于重庆CORS和似大地水准面精化的GPS高程测量方法研究

重庆市国民经济建设、国防建设和建立“数字重庆”、“数字社区”、“电子商务”等都亟须及时提供三维、实时、动态的空间地理信息。重庆市连续运行卫星定位服务系统(重庆CORS)的建成和投入运营，提供了高精度的、覆盖全市域，并部分辐射周边地区的全天候三维测绘基准。

GPS高程测量是利用GPS测量技术，测定地面控制点在地心坐

标参考系中的三维坐标，按照区域似大地水准面精化技术将基于大地椭球面的大地高转换为基于似大地水准面的正常高的测量方法。应用GPS测量技术和重庆地区似大地水准面精化成果进行GPS高程测量，通过研究与分析，我们认为主要有以下几种测量方法。

2.1 静态观测方法

利用三脚架或是强制观测墩，进行GPS静态观测，按照不低于D级网点的技术要求进行整体布网、观测和解算，并利用似大地水准面成果进行精化，其高程精度可达到三、四等水准的要求。GPS静态观测应有不少于4个点的已知三维控制点，其中至少应有3已知点作为地心基准的约束点，有一个已知点作为数据处理检核点。在我们进行的静态GPS高程测量检测所得到的GPS精化高程与已知的精密水准测量成果的比较互差统计如表1。

从统计结果来看，采用GPS静态作业观测时间在l h以上，精化高程与已知精密水准测量的高程成果外符合精度小于±2 cm。

2.2 实时动态观测方法

利用三脚架在观测点上进行实时动态(RTK)观测，在获得固定解以后进行记录，至少要记录4个历元，每历元时长不小于10 s，并利用似大地水准面成果进行精化时，其高程精度可达到图根点水准的要求。并且接收机的初始化时间不能过长，一般为2min左右。测前、测后都进行了已知点检核，检核点的高程等级要高于待求点的等级或

与其等级相同，检核点实测数据和原已知数据较差应满足《城市测量规范》中图根点高程检核的精度要求。如果是利用测杆人工手扶对中观测，由于人为误差的影响，其高程精度只能满足碎部点的要求。

GPS实时动态观测方法的精化高程与已知精密水准测量成果的比较结果统计见表2。

2.3 参数转换法

应用全市域范围内均匀选取的一定数量的已知点，通过布尔沙模型求取WGS-84坐标系与城市坐标系之间的转换参数(七参数)，利用求取的七参数对重庆市所有的C级网点三维成果进行转换，转换所得到的GPS高程测量结果与实测的精密水准测量成果的较差统计如表3。

由表3可知，利用七参数转换使所求取的高程，其精度大大降低。这也反映了GPS RTK测量所得到的三维成果利用七参数转换模型转换得到的高程结果，只能适用于碎部点的高程数据采集。

3 几种GPS高程测量方法的适宜性分析

重庆市现代测绘基准体系，以GPS技术、网络通讯技术、计算机技术等先进技术为支撑，建立了三维一体的城市现代测绘工作的基准框架。在高程基准方面，通过GPS静态观测方法和RTK观测方法检测后证明，经过似大地水准面精化后GPS高程测量成果与精密水准测量成果比较的高程中误差分别达到±0.013m和±0.029m，因此可以认为：应用相应等级的GPS高程测量来代替四等水准测量在理论上是科学的、在实践上是可行的。

通过前面的几种GPS高程测量方法所取得高程结果的数据分析，可以得出几种GPS高程测量方法适宜性的基本结论：

(1)应用静态观测方法进行GPS高程测量，当同步观测时间大于1h，且部分测点应有必要的重复观测，通过似大地水准面精化计算所取得的GPS高程测量成果，完全可以满足城市三、四等水准测量成果的精度要求，可以作为下级高程测量的起算依据。(2)应用实时动态观测方法进行GPS高程测量，利用三脚架设置接收天线，所取得的RTK测量结果经似大地水准面精化计算后，其精化高程成果完全可以满足城市图根水准测量成果的精度要求，可以作为地形测量的高程起算依据；当利用测杆人工手扶对中观测，其精化高程的成果精度只能满足地形碎部点的精度要求。(3)应用参数转换进行GPS高程测量，通过转换得到的GPS高程测量成果，仅能作为地形测量碎部点的高程数据采集。该方法作业前和测量结束后，均要求利用已知高程控制点进行高程检核，确保高程数据采集的精度和可靠性。