GPS水准测量应用探讨刍议

摘要： GPS测量是一种先进的测量技术，目前，在工程水准测量过程中，测量人员经常会采用传统的测量方法，通过构建高精度测量控制网来进行测量工作，而忽略了GPS水准测量。文章从GPS水准测量的理论依据出发，通过试验，分析了GPS水准测量的精度，并介绍了GPS水准测量的具体应用。

关键词：GPS；水准测量；应用

1. GPS水准测量的理论依据

GPS定位的基本原理是，将卫星看作飞行的控制点，根据卫星轨道参数，以GPS卫星和接收机之间的距离为观测量，实现空间距离交会，从而接收机的具置。根据接收机的状态，可以将GPS定位分为GPS动态定位和GPS静态定位两种情况，根据参考点的位置，可以将GPS定位分为单点定位、相对定位等情况，其中GPS相对定位的精度最高，应用也最为广泛。

GPS相对定位是分别在基线的两端各设置一个接收机，利用两个接收机对GPS卫星进行同步观测，从而确定基线端点在协议地球坐标系中的基线向量。由于GPS相对定位是在多个 观测站同时观测GPS卫星的条件下进行的，因此，卫星钟差、卫星轨道误差等都会对测量结果的相对性造成一定的影响，这就需要在测量过程中，对不同组合的观测量进行相对定位，从而有效地减少测量误差。

对于GPS观测的数据，需要经过特殊的处理，才能得出准确的测量结果，一般情况下，GPS测量得到的观测量是空间直角坐标，但在实际工作中，经常会以高程基准为正高基准，因此，GPS观测数据的处理就是将空间直角坐标转换成平面坐标及高程。目前，在进行GPS观测数据处理时，经常会采用空间平差空间转换法、空间强制符合法等方法。GPS观测数据经过转换处理后，就能得到基线端点的基线向量，此时如果得到一个已知的大地高，就可以求出各点的大地高。但是在实际工程中，由于测量人员是以水准面和铅垂线进行水准测量的，很少采用大地高系统，而是采用正常高系统。

GPS水准测量得到的地面点大地高，但在实际工作中，需要的时正高，因此，在测量过程中，为了得到某个点的正高，不仅需要得出这个点的大地高，还需要得出这个点的大地水准面差距。由于在实际测量过程中，不能准确的得出正高，但在测量过程中采用的高程系统是正常高系统，因此，需要得出这个点的大地高和高程异常，这样才能更加精准的得出这个点的正常高。

2. 试验分析

为了判断GPS水准测量的精度，需要对其进行试验。试验表明，大地高的测量精确度会受到观测时间的影响，观测的时间越长，其测量值就越稳定，测量误差就越小，在1个小时内，测量的精度会明显随着测量时间的延长而增加。在本次测量试验中，按照D级网的要求进行观测。在试验过程中，以7个分布均匀的三等水准点为已知点，高程拟合采用次曲面拟合法，拟合后发现，7个已知点的正常高残差在10mm以内，中误差m为7.2mm，这说明GPS水准测量的精度很好，另外在试验过程中发现，基线的均方差Rms也在10mm以内，没有出现异常现象。

3. GPS水准测量应用

随着GPS相对定位技术的不断发展，GPS定位精度越来越高，这就为GPS水准测量代替传统水准测量提供了依据。和传统的水准测量相比较，GPS水准测量的最大特点是测站能跨越距离。在5km-10km的距离上，GPS测高精度能达到三等水准测量精度水平，对于大范围的测量，其测量精度能达到二等水准。对于传统的水准测量技术，在地面折射的影响下，很容易增加测量误差，而GPS水准测量能有效地避免这种现象的发生，GPS水准测量具有全天候、全自动、测量速度快、测量精度高等特点，但GPS测量缺乏校核条件，如果在测量过程中，人为导致天线高量错误，就会极大的影响到测量结果，因此，在实际测量过程中，必须对这一点进行认真的考虑。

在山区、丘陵等地区进行水准测量时，由于其测量工作量大，加上地形地貌比较复杂，因此，测量人员可以采用GPS水准测量进行三四等水准加密。在进行跨越宽水域水准测量时，测量人员经常会采用三角高程测量方法，这种测量方法很容易受到大地水准面起伏、折射光、垂线偏差等因素的影响，增加测量误差，采用GPS水准测量能有效地提高过河水准测量结果的准确性，GPS水准测量的跨越距离大、测量精度高，在测量过程中，采用河岸一侧的水准点，通过构建GPS水准网，利用曲面拟合法或者曲线拟合法，将GPS大地高差转换为正常高差，从而获得准确的测量结果。

在以往的工程变形监测中，经常将水平变形和高程变化分开测量，并没有根据实际情况，构建高精度三维监测网，由于在监测过程中，需要对通视条件、传播误差等因素进行考虑，因此，设置的变形监测网范围很小，导致在进行变形分析时，难以找到稳定的基准。GPS水准测量具有速度快、不受通视条件影响等特点，将其应用在工程变形监测中，能直接构建高精度三维监测网，其监测范围十分广，能达到稳定区域，这就能为变形分析提供稳定的基准。

4. GPS水准测量应用实例

为满足某天然气管线铺设工程需求，需要进行1：20000比例尺地形图测绘，整个测量区域的长度为8.2km，测量面积大约为0.9km2，测量区域属于带状测区，在该测量区域测量人员收集到一个一等水准点，两个二等控制点，经过现场分析，测量人员决定采用GPS进行测量。

在进行GPS测量时，为有效地提高测量精度，在正式测量前，测量人员需要对测量所需的各种仪器设备和软件设备进行严格的检查，确保其符合相关测量标准。在测量过程中，要注意水准和平面控制的同步进行，测量人员在观测时，要将边和结构组网连接在一起，对第二个二等点进行联测，并布设好图根控制点。对于GPS观测数据，按照相关规范对其进行检验，在本次测量中，测量人员采用坐标比较法进行检验，通过计算两个已知点的坐标，并对比其原始坐标差值，从而判断误差。本次测量各点位误差如下表所示。

5. 总结

GPS水准测量具有测量精度高、全天候、自动化程度高、不受通视条件影响等特点，将其应用在工程测量中，能极大的提高测量效率和测量准确性，因此，在实际工程测量中，要合理的应用GPS水准测量技术。

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