GPS高程测量精度提高的方法和措施

GPS高程测量精度提高的方法和措施

摘要:GPS(全球定位系统)作为一种高科技的三维测量工具,已被广泛地运用到测量实际工作中去。要提高GPS高程测量的精度,就必须探讨GPS测高的制约因素和提高GPS测高精度的处理办法。

关键词:GPS高程测量水准测量

一、GPS高程测量原理

1.大地高系统。大地高是由地面点沿通过该点的椭球面法线到椭球面的距离,通常以H表示。利用GPS定位技术,可以直接测定测点在WGS—84中的大地高程。大地高是一个几何量,不具有物理上的意义。它通过与水准测量资料、重力测量资料等相结合,来确定测点的正常高,具有重要的意义。

2.正高系统。由地面点并沿该点的铅垂线至大地水准面的距离称为正高,通常以Hg表示。正高具有重要的物理意义,但不能精确测定。

3.正常高系统。正常高系统是以似大地水准面为基准面的高程系统,通常以h 表示。正常高同样具有重要的物理意义,广泛应用于水利工程、管道和隧道工程建设中,而且可以精密地确定。正常高系统为我国通用的高程系统,水利工程常用的1956年黄海高程系和1985国家高程基准,都是正常高系统。

4.GPS水准高程。利用GPS和水准测量成果确定似大地水准面的方法为GPS 水准。目前主要有GPS水准高程(简称GPS水准)、GPS重力高程和GPS三角高程等方法。在实际运用中主要采用GPS水准高程方法来确定似大地水准面。所谓GPS水准就是在小区域的GPS网中,用水准测量的方法联测网中若干GPS点的正常高(这些联测点称为公共点) ,那么根据各GPS点的大地高就可求得各公共点上的高程异常。然后由公共点的平面坐标和高程异常采用数值拟合计算方法,拟合出区域的似大地水准面,即可求出各点高程异常值,并由此求出各GPS点的正常高。因此,按GPS所测定的大地高,当已知正常高或正高时,可以确定高程异常或大地水准面高;反之,当已知高程异常或大地水准面高时,可以确定正常高或正高。

二、影响GPS高程测量的因素

1.高程基准面对GPS高程测量精度的影响及防治措施。在很多地区,使用已知的正常高(或正高)来定义高程基准面。有时定义多个高程基准面,每一个高程基准面都由一个原点(例如验潮站观测点)推算,该点的高程值由一个或几个潮汐的平均海水面值来决定。如果海洋测量或水准测量有误,将会使高程基准面的基准偏离真实的重力模型,但可以增加一个曲面到大地水准面模型加以解决。为了检核高程基准面,常常使用GPS观测至少3个高程基准面点来实现。对于现代的高程基准面,改进对高程信息的管理,许多数据库仅仅贮存了正常高(或正高),然而高程基准面渐渐地变为正常高和椭球高的结合物。

2.多路径效应对GPS高程测量精度的影响。多路径效应是影响实时GPS测量——RTK定位测量中心最严重的误差。多路径效应的影响分为直接的或间接的,并能对三维坐标产生分米级的影响。间接影响是指影响求解整周模糊度。在有足够的观测时间时,卫星几何位置的变化将能通过取平均值的方法将其影响减小,然而当观测时间较短时,多路径效应影响将变得很大。如多路径效应取决于天线周围的环境,一般误差为5 cm,高反射环境下可达19 cm,其周期一般为5~20 min,这对RTK的移动站是个严重的问题。

3.GPS测定大地高的误差。在一般情况下,GPS测定大地高的误差m2,比测定相邻两点间距离的误差mΔS要大,估算时可取m2=2×mΔS。目前单频GPS接收机C/A码的mΔS误差为10 mm+2 ppm×ΔS。双频接收机接收C/A码mΔS的误差为5 mm+1 ppm×ΔS,可见采用双频接收机较为有利。

三、GPS高程测量应采取的处理措施

1.GPS高程测量应以高精度基准网为参考。为了确保CPS高程测量的精度,必须使区域高程网与商精度的国家网联系起来.一个工程项目的高程区城网中应该以高精度基准网中的三个或三个以上的高程点为墓准。在GPS高程测量设备方面,应使用双频GPS接收机,且型号最好相同。因为双频接收机能消减由于电离层的影响而产生的卫星信号时延。型号相同可使CPS天线相位中心偏差最小,且天线高固定。固定的天线高和脚架高可消减天线高误差.

2.对于卫星分布不对称所造成的误差,由于其是G此测量是的一种固有特征,是由GPS测量本质决定的。我们无法改变这一事实,因而只能通过减小侧距误差、大气延迟误差的残差及星历误差等误差来源来减小由于卫星分布不对称所造成的影响.此外对墓线的长度给予适当的限制使蓦线两端所产生的误差具有更好的相关性也可大大削弱卫星分布不对称对基线两端的高差的影响.

3.对于基线起算点的坐标误差的解决办法有两个:一是解算出基线向t后再将网中所有侧站的单点定位结果通过基线向t传递到同一点上去中数后作为全网的起算坐标,然后再通过基线向t求出各侧站较为准确的侧站坐标重新解算基线向量(这种方法的精度取决于网中的侧站数及观侧的时段数,一般可达到米级精度):二是与附近的己知点联侧求得较为精确的起算点坐标.此外也可与邻近大地点联侧,将侧得的国家坐标转换为礼S-84坐标作为起算点坐标,其精度也可达到米级。

GPS以其高精度、高效率、实时性强等诸多优势对常规测量技术产生了巨大冲击,对常规的几何水准测量也不例外。从国内外对GPS水准高程研究情况来看,考虑地形地貌情况,合理布设控制网,采用相应的拟合方案和数学模型进行计算,GPS水准高程在地形变化不大的线路工程中完全可以代替四等几何水准;在平坦地区也完全可以代替四等水准。

参考文献:

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