摘要：随着科技的进步，GPS测量技术被广泛的应用，而GPS测高受多方面因素，文章对影响GPS高程测量的因素进行分析，并提出一下对策。
关键词：GPS；高程测量；影响因素；
1 GPS高程测量及其应用现状
GPS 高程测量是利用全球定位系统（GPS）测量技术直接测定地面点的大地高，或间接确定地面点的正常高的方法。在用GPS 测量技术间接确定地面点的正常高时，当直接测得测区内所有GPS点的大地高后，再在测区内选择数量和位置均能满足高程拟合需要的若干GPS点，用水准测量方法测取其正常高，并计算所有GPS 点的大地高与正常高之差（高程异常），以此为基础，利用平面或曲面拟合的方法进行高程拟合，即可获得测区内其他GPS点的正常高。
传统水准测量的缺陷，除了作业效率低外，还由于地面折射引起系统误差积累，而且重复水准测量所得的高程变化并不完全是地壳垂直运动，含有因地壳质量迁移而引起的大地水准面变化。相反GPS相对定位具有速度快、精度高、全天候、全自动化的特点，使GPS 水准将得到愈来愈多的应用。但是，GPS测高方面存在着大地水准面和高程基准面的制约因素，原因是尽管GPS能给出高精度的大地高，却由于没有一个具有相应精度和高分辨率的似大地水准面模型，致使在GPS 大地高至GPS 海拔高的转换中精度严重损失。所以GPS高程却运用得不够。常规水准测量可以达到很高的精度，但劳动强度及费用也相对较高。人们期望着能够用GPS 高程测量代替传统的水准测量，这样不但可以大大降低劳动强度，也可以降低成本费用，提高工作效率。
2 GPS水准的特点
相对于常规测量来说，GPS水准测量主要有以下特点：
1） 仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。
2） 全天候作业。GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气状况的影响。
3） 提供3 维坐标。GPS 测量可同时精确测定测站点的3 维坐标，其高程精度可满足四等水准测量的要求。
4） 观测时间短。20km以内快速静态相对定位，仅需15～20 km；RTK测量时，当每个流动站与参考站相距在15km以内时，流动站观测时间只需1～2min。
5） 测站间无须通视。可节省大量的造标费用。由于无需点间通视，点位位置可根据需要，可稀可密，使选点工作甚为灵活，也可省去经典大地网中的传算点、过渡点的测量工作。
6） GPS 测高存在着大地水准面和高程基准面的制约因素。
3 GPS 测高的误差来源及消除对策
1）设备误差
卫星上虽然装了精确度很高的原子钟，但是原子钟还是存在误差，其次接收器本身时钟也存在误差和噪声，这些都影响定位的精确度。
2）大气层的干扰
GPS 通过电波发送定时信号，当GPS信号经过电离层上一些带电性的粒子及对流层上的水汽时，信号便产生迟滞延时的现象。但只要采用双频改正方法便可取得较好的效果。
3）卫星分布不对称
在确定平面位置时，可以通过对观测时段及对卫星的选择来保证卫星分布的基本对称，从而消除或减弱距离测量中偏差及卫星信号传播过程中的大气延迟误差、星历误差等误差对平面位置的影响。然而对于测高来说，所有被测卫星均在地平面上，卫星分布总是不对称的，许多不对称的误差难以消除，这是高程精度低于平面位置精度的一个重要原因。因而只能通过减少测距误差、大气延迟误差的残差及星历误差等误差来源，来减少由于卫星分布不对称所造成的影响。此外，对基线的长度给予适当的限制，使基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。
4） 对流层延迟改正后的残差的影响
对流层延迟改正模型本身的误差，气象元素的量测误差特别是测站上的气象元素的代表性误差，以及实际大气状态和理想大气状态之间的差异等，都将影响对流层改正的精度。而对流层延迟改正不完善所残留下来的误差主要将影响高程分量的精度，对于短基线这种影响尤为明显。因此测站上气象元素的选择应有一定的代表性，并选择在良好的气候（低温、干燥、有微风）时进行观测。
5） 星历误差
卫星星历误差是GPS定位中的一个主要误差源，当采用精密星历后，则对于短基线而言，其由星历产生的高程误差可以忽略不计。由于美国已取消了SA策略，故星历误差的影响已大大减弱。
6） 基线起算点的坐标误差
解算基线向量时，需用到该基线的一个端点的坐标作为起算点数据。该起算点的坐标误差会影响基线向量的解算结果。解决的办法有两个： 一是与附近的已知点联测求得较为精确的起始坐标； 二是解算出基线向量后再将网中所有测站的单点定位结果通过基线向量传递到同一点上取中数后作为全网的起算坐标，然后再通过基线向量求出各站较为准确的测站坐标重新解算基线向量。
7） 天线高量取误差
天线高是一个明显的误差来源。在使用三脚架过程中，由于高度经常变化，所以外业要求必须对天线高测量进行检查。
8） 大地水准面模型的影响
已知点个数及分布情况直接影响大地水准面模型构造的好坏，对拟合结果将产生直接影响。所以，已知点的数量要等于或者大于拟合函数的系数个数，己知点宜均匀分布于整个测区，如同平面网中已知点分布的规律一样，当一端或一片没有适当的点位控制时，精度将会受到影响。所以测区四周应尽可能联测高程点，才能有效控制高程拟合精度。
除上述误差外，电离层延迟改正后的残余误差、多路径误差、接收机天线的相位中心的误差以及天线高的量测误差、对点误差，也都会影响GPS 测高的精度。
4 结束语
1） GPS 高程测量应以高精度基准网为参考
为了确保GPS高程测量的精度，必须使区域高程网与高精度的国家高程网联测。要有三个或三个以上的高精度高程点作为基准点。
2） 观测仪器要求
进行GPS 高程测量，应采用抗多路径能力较强的接收天线，使用双频GPS 接收机，型号相同最好。因为双频GPS 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GPS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。
3） 增加多余观测量
GPS 高程测量中，多余观测可以消除或减弱相位整周模糊度解算的出错率，使相位整周模糊度可靠性更高，提高拟合高程精度。同时，还可以降低多路径效应的影响。
4） 数据采集
当与国家水准点联测或从新的GPS 控制站建立新的水准点时，只能用静态或快速静态测量技术，而不能使用动态或实时动态技术。在短时段观测时，应跟踪5颗以上的卫星，且位置要比较开阔，没有遮挡，同时远离雷达站、电台、微波站等，卫星与地平高度角大于15°以上，这样便可获得较好的观测结果。
参考文献：
[1]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉： 武汉大学出版社，2007.
[2]刘大杰，施一民，过静君.全球定位系统（GPS）的原理与数据处理[M].上海： 同济大学出版社，2006.
关键词：GPS；高程测量；影响因素；
1 GPS高程测量及其应用现状
GPS 高程测量是利用全球定位系统（GPS）测量技术直接测定地面点的大地高，或间接确定地面点的正常高的方法。在用GPS 测量技术间接确定地面点的正常高时，当直接测得测区内所有GPS点的大地高后，再在测区内选择数量和位置均能满足高程拟合需要的若干GPS点，用水准测量方法测取其正常高，并计算所有GPS 点的大地高与正常高之差（高程异常），以此为基础，利用平面或曲面拟合的方法进行高程拟合，即可获得测区内其他GPS点的正常高。
传统水准测量的缺陷，除了作业效率低外，还由于地面折射引起系统误差积累，而且重复水准测量所得的高程变化并不完全是地壳垂直运动，含有因地壳质量迁移而引起的大地水准面变化。相反GPS相对定位具有速度快、精度高、全天候、全自动化的特点，使GPS 水准将得到愈来愈多的应用。但是，GPS测高方面存在着大地水准面和高程基准面的制约因素，原因是尽管GPS能给出高精度的大地高，却由于没有一个具有相应精度和高分辨率的似大地水准面模型，致使在GPS 大地高至GPS 海拔高的转换中精度严重损失。所以GPS高程却运用得不够。常规水准测量可以达到很高的精度，但劳动强度及费用也相对较高。人们期望着能够用GPS 高程测量代替传统的水准测量，这样不但可以大大降低劳动强度，也可以降低成本费用，提高工作效率。
2 GPS水准的特点
相对于常规测量来说，GPS水准测量主要有以下特点：
1） 仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。
2） 全天候作业。GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气状况的影响。
3） 提供3 维坐标。GPS 测量可同时精确测定测站点的3 维坐标，其高程精度可满足四等水准测量的要求。
4） 观测时间短。20km以内快速静态相对定位，仅需15～20 km；RTK测量时，当每个流动站与参考站相距在15km以内时，流动站观测时间只需1～2min。
5） 测站间无须通视。可节省大量的造标费用。由于无需点间通视，点位位置可根据需要，可稀可密，使选点工作甚为灵活，也可省去经典大地网中的传算点、过渡点的测量工作。
6） GPS 测高存在着大地水准面和高程基准面的制约因素。
3 GPS 测高的误差来源及消除对策
1）设备误差
卫星上虽然装了精确度很高的原子钟，但是原子钟还是存在误差，其次接收器本身时钟也存在误差和噪声，这些都影响定位的精确度。
2）大气层的干扰
GPS 通过电波发送定时信号，当GPS信号经过电离层上一些带电性的粒子及对流层上的水汽时，信号便产生迟滞延时的现象。但只要采用双频改正方法便可取得较好的效果。
3）卫星分布不对称
在确定平面位置时，可以通过对观测时段及对卫星的选择来保证卫星分布的基本对称，从而消除或减弱距离测量中偏差及卫星信号传播过程中的大气延迟误差、星历误差等误差对平面位置的影响。然而对于测高来说，所有被测卫星均在地平面上，卫星分布总是不对称的，许多不对称的误差难以消除，这是高程精度低于平面位置精度的一个重要原因。因而只能通过减少测距误差、大气延迟误差的残差及星历误差等误差来源，来减少由于卫星分布不对称所造成的影响。此外，对基线的长度给予适当的限制，使基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。
4） 对流层延迟改正后的残差的影响
对流层延迟改正模型本身的误差，气象元素的量测误差特别是测站上的气象元素的代表性误差，以及实际大气状态和理想大气状态之间的差异等，都将影响对流层改正的精度。而对流层延迟改正不完善所残留下来的误差主要将影响高程分量的精度，对于短基线这种影响尤为明显。因此测站上气象元素的选择应有一定的代表性，并选择在良好的气候（低温、干燥、有微风）时进行观测。
5） 星历误差
卫星星历误差是GPS定位中的一个主要误差源，当采用精密星历后，则对于短基线而言，其由星历产生的高程误差可以忽略不计。由于美国已取消了SA策略，故星历误差的影响已大大减弱。
6） 基线起算点的坐标误差
解算基线向量时，需用到该基线的一个端点的坐标作为起算点数据。该起算点的坐标误差会影响基线向量的解算结果。解决的办法有两个： 一是与附近的已知点联测求得较为精确的起始坐标； 二是解算出基线向量后再将网中所有测站的单点定位结果通过基线向量传递到同一点上取中数后作为全网的起算坐标，然后再通过基线向量求出各站较为准确的测站坐标重新解算基线向量。
7） 天线高量取误差
天线高是一个明显的误差来源。在使用三脚架过程中，由于高度经常变化，所以外业要求必须对天线高测量进行检查。
8） 大地水准面模型的影响
已知点个数及分布情况直接影响大地水准面模型构造的好坏，对拟合结果将产生直接影响。所以，已知点的数量要等于或者大于拟合函数的系数个数，己知点宜均匀分布于整个测区，如同平面网中已知点分布的规律一样，当一端或一片没有适当的点位控制时，精度将会受到影响。所以测区四周应尽可能联测高程点，才能有效控制高程拟合精度。
除上述误差外，电离层延迟改正后的残余误差、多路径误差、接收机天线的相位中心的误差以及天线高的量测误差、对点误差，也都会影响GPS 测高的精度。
4 结束语
1） GPS 高程测量应以高精度基准网为参考
为了确保GPS高程测量的精度，必须使区域高程网与高精度的国家高程网联测。要有三个或三个以上的高精度高程点作为基准点。
2） 观测仪器要求
进行GPS 高程测量，应采用抗多路径能力较强的接收天线，使用双频GPS 接收机，型号相同最好。因为双频GPS 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GPS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。
3） 增加多余观测量
GPS 高程测量中，多余观测可以消除或减弱相位整周模糊度解算的出错率，使相位整周模糊度可靠性更高，提高拟合高程精度。同时，还可以降低多路径效应的影响。
4） 数据采集
当与国家水准点联测或从新的GPS 控制站建立新的水准点时，只能用静态或快速静态测量技术，而不能使用动态或实时动态技术。在短时段观测时，应跟踪5颗以上的卫星，且位置要比较开阔，没有遮挡，同时远离雷达站、电台、微波站等，卫星与地平高度角大于15°以上，这样便可获得较好的观测结果。
参考文献：
[1]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉： 武汉大学出版社，2007.
[2]刘大杰，施一民，过静君.全球定位系统（GPS）的原理与数据处理[M].上海： 同济大学出版社，2006.
