【摘 要】GPS控制测量具有不受气候条件限制、速度快和精度高等优点，随着GPS技术的日趋成熟，GPS控制测量的应用越来越广泛。然而，在实际的测量中，仍然有不少因素会影响GPS测量的高程精度。为了提高GPS控制测量的有效性，就应当严格遵循相关的技术操作流程，并合理采用提高GPS高程测量精度的技术方法。
【关键词】GPS；测量；高程；精度；技术
前言
全球定位系统（Global Position System），简称GPS。GPS能够提供高精度、实时、连续的三维坐标与时间信息等，是一种测距与定时的空间交汇定点系统，具有较强的保密性与抗干扰性。近年来，GPS控制测量发挥着越来越重要的作用，逐渐成为了主要的测量方法。
1. GPS控制测量技术操作分析
1.1 主要技术操作流程
GPS控制测量的具体操作流程包括资料收集、选点布网、踏勘埋石、外业观测、数据传输和平差、修补测量、总结成果。首先，资料收集与检核。测区的范围确定后，就应当按照作业要求，收集起算点数据和附近地区的地图。其次，选点布网。选点布网需要在收集的城市交通图或地形图上进行。根据作业范围与任务要求，综合考虑测区地形、接收机情况、卫星情况等因素，优化选点布网设计。第三，踏勘埋石。综合考虑调度情况和设计点位，合理安排人员踏勘埋石。第四，外业观测。外业观测的任务是获取、接收、跟踪、处理GPS卫星信号，进而获取观测数据，进行定位。外业观测作业时，需要注意卫星数据接受与供电情况。第五，数据传输和平差。完成观测后，应当及时地将数据进行备份。部分数据需要根据无线类型、仪器高、观测时段等情况，改成特定的格式进行传输、存储。第六，修补测量。如果通过平差仍然无法到达测量标准，就应当修补测量。尽量在图形强度因子小、卫星多的时段开展补测工作。最后，总结成果。按照相关要求总结成果，编制相应的图表。
1.2 GPS控制测量布网探讨
GPS控制测量布网的设计依据是GPS测量规范和测量任务书。GPS测量规范主要是由行业部门或国家质量监督局制定、颁布的GPS测量技术标准。目前，《全球定位系统测量规范》是GPS控制测量所遵循的主要标准，是国家质量监督局于2002年制定、颁布的国家标准。测量任务书，也就是测量合同书，是由合同甲方规定的GPS控制测量的相关目标、技术规定的文件。此类技术文件具有指令性，明确指出了GPS控制测量的任务、密度、精度、提交成果的时间、经济指标等内容。
GPS控制测量布网设计应当符合相关的设计基准，采用起算数据与坐标系统明确GPS控制测量的成果，具体包括位置基准、尺度基准以及方位基准等内容。也就是说，GPS网的基准设计就是明确GPS控制测量网的位置基准。通常GPS网形设计需要遵循以下原则：GPS网中不可以有自由基线；在每个测站独立观测两次以上；基线类型不应当超过一定的数量；GPS网和原地面网的重合点应当多于两个，以便于两网之间的坐标转换；尽量降低路径的影响，在视野开阔、交通便利的地方选择GPS点。为了确保GPS控制测量结果的有效性，就应当使GPS控制测量的地理边缘线条能够组成图形，例如三角形或五边形等。
2. 提高GPS高程测量精度的技术方法
2.1 影响高程测量精度的因素分析
影响GPS高程测量精度的因素较多，主要包括：GPS大地高测量精度、公共点几何水准测量精度、GPS高程拟合方法、公共点的分布状况和密度等。
首先，GPS大地高测量精度。提高GPS高程测量精度的主要基础就是获取精度高、准确性好的GPS大地高程观测数据。影响GPS大地高程测量精度的因素主要有：对流层的影响，卫星星历误差，多路径效应，电离层的影响，天线高问题，GPS信号衍射误差以及GPS网图形结构等。在GPS静态定位测量中，合理选择控制点位置就可以降低多路径效应影响。在每条基线的端点上安排接收机，确保观测数据的观测时段和采样率时间，卫星截止高度角应当超过十五度，检核PDOP值，尽量消除各个因素对高程测量精度的影响。
其次，公共点几何水准测量精度。一般情况下，GPS正常高等于大地高与高程异常值的差。而几何水准测量进度对高程异常值有显著地影响。即是否有足够精度的几何水准起算点，直接影响着高程约束平差的精度。在实际的测量中，水准测量的进度应当符合GPS控制测量等级要求，必须严格地检核测量起算水准点的高程，避免出现差错，影响GPS测量的高程精度。
第三，GPS高程拟合方法。通常，现行的几何水准高程测量方法能够获得较高的精度，然而，在测量时具有观测时间较长、费用高、工作量大等缺点。在进行GPS测量时，可以对一些GPS点的高程进行水准测量，再运用GPS高程拟合的方法算出余下的GPS点的高程。为了确保测算出的GPS控制点的高程具有较高的精度，就应当选用恰当的大地水准面拟合模型，并且进行准确的计算。
最后，公共点的分布状况和密度。高程控制点是否均匀分布在测区范围内，高程控制点是否具有足够的数量，也是影响GPS高程测量精度的因素之一。
2.2 提高GPS高程测量精度的技术方法
由上述分析可知，影响GPS高程测量精度的因素较多，为了有效地降低这些因素对GPS高程控制测量的影响，就应当合理采用相应的GPS高程测量技术方法。
首先，利用同步观测量进行求差。通常降低电离层、对流层、卫星星历误差对GPS高程测量精度影响的方法较多，不过最为实用、简便的方法就是同步求差法。同步求差法的理论依据为：如果观测距离小于或等于20km，电离层、卫星星历误差对两个同步观测站的影响基本一样，同步求差能够将两个同步观测站的误差基本消除。其次，选择恰当的站址。GPS观测站的站址选择应当符合相关的规定要求。如果观测站在城区，那么还应当留意尽量降低多路径效应对GPS高程精度的影响。GPS观测站需要避开高层建筑物，远离面积较大的水面。第三，准确量取天线高。通常，在野外作业时量取的是天线的斜高。量取时注意选择恰当的方法。如果使用的天线类型不同，就应当注意天线相位中心的变化。第四，优化GPS网的图形结构设计。控制网的图形结构影响着GPS控制测量的精度，其中控制网中的基线数目和权阵对测量精度有着重要的影响。因此，在GPS控制测量中，必须优化GPS网的图形结构设计。控制网的图形结构设计应当综合考虑GPS测区情况、进度要求、接收机情况、卫星情况等。第五，选用恰当的高程拟合数学模型。构造数学曲面拟合大地水准面，再推算控制点的正常高。常有的拟合方法包括：二次曲面拟合法、样条函数法、平面拟合法、多面函数法等。目前，GPS高程拟合通常采用的是二次曲面拟合法。
3. 结语
综上所述，GPS控制测量具有操作简便、速度快、精度高等优点，在测量领域发挥着重要的作用。为了提高GPS测量的高程精度，就应当采取相应的技术手段合理控制影响高程精度的因素。
参考文献
[1]贾登科.基于CORS的GPS测量技术及其在大型工程中的应用[J].水运工程,2011（03）.
[2]熊永良,丁晓利.变形监测中GPS信号衍射误差的环境建模法[J].测绘学报,2005,4(5):283-287.
[3]任建江,李冬梅,严新军.GPS测量技术在水利工程高精度变形监测网中的应用[J].水利水电技术,2011(02).
[4]李聚方,娄洪富.GPS高程测量的制约因素及对策[J].黄海水利职业技术学院学报,2002,4(3):32-34.
【关键词】GPS；测量；高程；精度；技术
前言
全球定位系统（Global Position System），简称GPS。GPS能够提供高精度、实时、连续的三维坐标与时间信息等，是一种测距与定时的空间交汇定点系统，具有较强的保密性与抗干扰性。近年来，GPS控制测量发挥着越来越重要的作用，逐渐成为了主要的测量方法。
1. GPS控制测量技术操作分析
1.1 主要技术操作流程
GPS控制测量的具体操作流程包括资料收集、选点布网、踏勘埋石、外业观测、数据传输和平差、修补测量、总结成果。首先，资料收集与检核。测区的范围确定后，就应当按照作业要求，收集起算点数据和附近地区的地图。其次，选点布网。选点布网需要在收集的城市交通图或地形图上进行。根据作业范围与任务要求，综合考虑测区地形、接收机情况、卫星情况等因素，优化选点布网设计。第三，踏勘埋石。综合考虑调度情况和设计点位，合理安排人员踏勘埋石。第四，外业观测。外业观测的任务是获取、接收、跟踪、处理GPS卫星信号，进而获取观测数据，进行定位。外业观测作业时，需要注意卫星数据接受与供电情况。第五，数据传输和平差。完成观测后，应当及时地将数据进行备份。部分数据需要根据无线类型、仪器高、观测时段等情况，改成特定的格式进行传输、存储。第六，修补测量。如果通过平差仍然无法到达测量标准，就应当修补测量。尽量在图形强度因子小、卫星多的时段开展补测工作。最后，总结成果。按照相关要求总结成果，编制相应的图表。
1.2 GPS控制测量布网探讨
GPS控制测量布网的设计依据是GPS测量规范和测量任务书。GPS测量规范主要是由行业部门或国家质量监督局制定、颁布的GPS测量技术标准。目前，《全球定位系统测量规范》是GPS控制测量所遵循的主要标准，是国家质量监督局于2002年制定、颁布的国家标准。测量任务书，也就是测量合同书，是由合同甲方规定的GPS控制测量的相关目标、技术规定的文件。此类技术文件具有指令性，明确指出了GPS控制测量的任务、密度、精度、提交成果的时间、经济指标等内容。
GPS控制测量布网设计应当符合相关的设计基准，采用起算数据与坐标系统明确GPS控制测量的成果，具体包括位置基准、尺度基准以及方位基准等内容。也就是说，GPS网的基准设计就是明确GPS控制测量网的位置基准。通常GPS网形设计需要遵循以下原则：GPS网中不可以有自由基线；在每个测站独立观测两次以上；基线类型不应当超过一定的数量；GPS网和原地面网的重合点应当多于两个，以便于两网之间的坐标转换；尽量降低路径的影响，在视野开阔、交通便利的地方选择GPS点。为了确保GPS控制测量结果的有效性，就应当使GPS控制测量的地理边缘线条能够组成图形，例如三角形或五边形等。
2. 提高GPS高程测量精度的技术方法
2.1 影响高程测量精度的因素分析
影响GPS高程测量精度的因素较多，主要包括：GPS大地高测量精度、公共点几何水准测量精度、GPS高程拟合方法、公共点的分布状况和密度等。
首先，GPS大地高测量精度。提高GPS高程测量精度的主要基础就是获取精度高、准确性好的GPS大地高程观测数据。影响GPS大地高程测量精度的因素主要有：对流层的影响，卫星星历误差，多路径效应，电离层的影响，天线高问题，GPS信号衍射误差以及GPS网图形结构等。在GPS静态定位测量中，合理选择控制点位置就可以降低多路径效应影响。在每条基线的端点上安排接收机，确保观测数据的观测时段和采样率时间，卫星截止高度角应当超过十五度，检核PDOP值，尽量消除各个因素对高程测量精度的影响。
其次，公共点几何水准测量精度。一般情况下，GPS正常高等于大地高与高程异常值的差。而几何水准测量进度对高程异常值有显著地影响。即是否有足够精度的几何水准起算点，直接影响着高程约束平差的精度。在实际的测量中，水准测量的进度应当符合GPS控制测量等级要求，必须严格地检核测量起算水准点的高程，避免出现差错，影响GPS测量的高程精度。
第三，GPS高程拟合方法。通常，现行的几何水准高程测量方法能够获得较高的精度，然而，在测量时具有观测时间较长、费用高、工作量大等缺点。在进行GPS测量时，可以对一些GPS点的高程进行水准测量，再运用GPS高程拟合的方法算出余下的GPS点的高程。为了确保测算出的GPS控制点的高程具有较高的精度，就应当选用恰当的大地水准面拟合模型，并且进行准确的计算。
最后，公共点的分布状况和密度。高程控制点是否均匀分布在测区范围内，高程控制点是否具有足够的数量，也是影响GPS高程测量精度的因素之一。
2.2 提高GPS高程测量精度的技术方法
由上述分析可知，影响GPS高程测量精度的因素较多，为了有效地降低这些因素对GPS高程控制测量的影响，就应当合理采用相应的GPS高程测量技术方法。
首先，利用同步观测量进行求差。通常降低电离层、对流层、卫星星历误差对GPS高程测量精度影响的方法较多，不过最为实用、简便的方法就是同步求差法。同步求差法的理论依据为：如果观测距离小于或等于20km，电离层、卫星星历误差对两个同步观测站的影响基本一样，同步求差能够将两个同步观测站的误差基本消除。其次，选择恰当的站址。GPS观测站的站址选择应当符合相关的规定要求。如果观测站在城区，那么还应当留意尽量降低多路径效应对GPS高程精度的影响。GPS观测站需要避开高层建筑物，远离面积较大的水面。第三，准确量取天线高。通常，在野外作业时量取的是天线的斜高。量取时注意选择恰当的方法。如果使用的天线类型不同，就应当注意天线相位中心的变化。第四，优化GPS网的图形结构设计。控制网的图形结构影响着GPS控制测量的精度，其中控制网中的基线数目和权阵对测量精度有着重要的影响。因此，在GPS控制测量中，必须优化GPS网的图形结构设计。控制网的图形结构设计应当综合考虑GPS测区情况、进度要求、接收机情况、卫星情况等。第五，选用恰当的高程拟合数学模型。构造数学曲面拟合大地水准面，再推算控制点的正常高。常有的拟合方法包括：二次曲面拟合法、样条函数法、平面拟合法、多面函数法等。目前，GPS高程拟合通常采用的是二次曲面拟合法。
3. 结语
综上所述，GPS控制测量具有操作简便、速度快、精度高等优点，在测量领域发挥着重要的作用。为了提高GPS测量的高程精度，就应当采取相应的技术手段合理控制影响高程精度的因素。
参考文献
[1]贾登科.基于CORS的GPS测量技术及其在大型工程中的应用[J].水运工程,2011（03）.
[2]熊永良,丁晓利.变形监测中GPS信号衍射误差的环境建模法[J].测绘学报,2005,4(5):283-287.
[3]任建江,李冬梅,严新军.GPS测量技术在水利工程高精度变形监测网中的应用[J].水利水电技术,2011(02).
[4]李聚方,娄洪富.GPS高程测量的制约因素及对策[J].黄海水利职业技术学院学报,2002,4(3):32-34.
