基于GPS起算数据对高程精度影响的研究

[摘要]介绍了GPS起算数据对高程精度方面的影响。通过对观测数据数据的约束平差处理后得出GPS起算数据的可靠性，来分析GPS起算数据对高程精度的影响，找到提高GPS测量精度的方法。

[关键词]GPS起算数据 起算点 精度影响

[中图分类号] P228.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-8-122-1

在GPS技术广泛应用控制网建设的情况下，如何保证GPS控制网的精度对我们来说是非常重要的，当起算点中存在粗差或起算点中部分点间相对精度较低时，约束平差后GPS的精度会很低，在进行GPS网的约束平差或联合平差时，为了保证GPS控制网的精度不随约束数据的影响而显著降低，对起算数据质量的检验是很必要的。

GPS所测量的高程是沿法线方向到WGS-84椭球面的高度，即以简单的数学曲面为基准面，具有明确的几何意义但缺乏物理意义，而工程测量中要求的正常高是沿垂线到似大地水准面的高度，即以不规则的有起伏的重力等位面为基准面，具有严格的物理意义，这两种基面是不一致的，他们之间的差距称为高程异常。

在数据处理时，绝大多数情况下，约束平差的精度比无约束平差的精度要低。当起算数据有4个或4个以上时，可以利用符合路线法和检查点法对起算点进行检验，剔除误差大的起算点，以保证约束平差后，GPS单位权中误差符合规范要求。然而在实际工程中经常遇到起算数据只有3个，起算数据高程精度本身不匹配，位置关系也不太理想的情况，我们不可以通过简单的数据处理后平差的中误差来判定起算数据精度匹配的好坏。

1GPS起算数据对高程精度的影响实验

本实验需要在测区布设四等GPS控制网，高程系统采用1985国家高程基准。观测人员严格按照操作规范、作业指令进行操作，使用4台GPS接收机，作业前通过检测站检测，性能和指标均达到要求。由于当地国家点遭到严重破坏，只能在测区的一侧找到3个GPS控制点，且分布不均匀。N01～N10是测区布设的未知点，

通过数据比较分析，我们发现用两种方法进行约束平差时，控制点的平面位置拟合较好，但高程变化较大，则说明起算数据平面精度匹配较好，高程精度匹配。同一个未知点两次平差结果高程最大变化量1.13m，高程中误差最大也只有3.5cm，很显然高程拟合的中误差必然是错误的，不能很好的表示实际起算数据高程之间的拟合精度，因此我们有必要对GPS高程拟合的中误差的可靠性进行探讨。通过数据分析我们发现用2个起算数据和用3个起算数据分别进行高程拟合时，距离已知控制点越远高程变化量越大。同一个点两种方法高程拟合最大变化量是1.13m，而最大中误差只有0.035m，此时的中误差已不能代表它的实际精度。

由于只有3个起算数据，没有多余的起算数据判定具体哪个起算数据的高程有问题来剔除粗差点，然而我们可以通过高程拟合变化规律和理论分析，得出以下结论：

（1）GPS在进行高程拟合时，若只有3个起算数据，且有一个起算数据高程精度不准确，GPS的高程误差就会在不准确起算数据方向两侧逐渐增大。因为高程是一维数据，而平面是二维数据，拟合时，如果起算数据的位置分布比较合理，平面只需3个起算数据就可以二维拟合，中误差的可靠性较高。而高程进行拟合时中误差不能表示它实际的精度误差，因为3个起算数据可以确定一个高程基准平面，若一个起算数据高程不准确，则相当于把高程基准平面倾斜，因此用2个起算数据拟合和用3个起算数据拟合进行比较，距离第3个已知控制点方向越远，高程变化量越大。

（2）当只有3个起算数据时，平面拟合的中误差可以作为起算数据平面精度匹配的依据，而高程拟合中误差不可靠。因为有4个或4个以上起算数据时，才构成高程拟合条件，因此一个大型工程GPS控制网要进行高程拟合时，必须要有4个或4个以上起算数据，且要合理均匀分布在测区中。

（3）当只有3个起算数据时，我们可以对起算数据高程精度进行检验。高程拟合时，我们可以先进行自由网平差，再进行约束平差，若两种方法高程拟合成果变化量很小，则说明起算数据高程之间匹配较好；若差值变化量很大，则说明起算数据的高程精度匹配精度不高。因为自由网平差的高程成果相当于提供一个高程基准面，而约束平差相当于重新定义一个高程基准面，它们高程成果理论是一个固定的差值，若差值变化量较大，则说明起算数据之间高程精度匹配不高。

2总结与展望

GPS起算数据误对GPS高程精度有影响，通过对观测数据的处理后比较发现，用2个起算数据拟合和用3个起算数据拟合进行比较，距离第3个已知控制点方向越远，高程变化量越大。

总之，关于GPS起算数据对其精度影响的研究是非常有必要的，通过研究找到起算数据与测量成果之间的关系，进而选择那些好的起算数据，来提高测量的精度。

参考文献

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