摘要：GPS 定位技術(shù)以其精度高，全天候.成本低，效率高等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于測(cè)繪及其它領(lǐng)域。目前在局部地區(qū)應(yīng)用GPS 測(cè)定的大地高精度進(jìn)過高程擬合，已可以代替水準(zhǔn)測(cè)量，將高程擬合成果直接應(yīng)用到實(shí)際測(cè)量工作中，為各項(xiàng)工程節(jié)約大量時(shí)間和人力物力。但在一些實(shí)際工作中GPS擬合高程代替水準(zhǔn)高程又經(jīng)常出現(xiàn)一些問題。本文將對(duì)GPS解算原理經(jīng)行簡(jiǎn)單介紹，重點(diǎn)對(duì)實(shí)際工作影響GPS高程擬合高程精度的因素經(jīng)行分析。

關(guān)鍵詞：GPS高程擬合高程;精度

一、什么是GPS及工作原理

1、GPS基本概念及GPS定位系統(tǒng)的組成

GPS全球定位系統(tǒng)(Globa Positioning System-GPS)是美國從上世紀(jì)70年代開始研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，于1994年全面建成。該系統(tǒng)利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力。它已成為當(dāng)今世界上最實(shí)用，也是應(yīng)用最廣泛的全球精密導(dǎo)航、指揮和調(diào)度系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)主要包括有三大組成部分：即空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分。

2、GPS定位原理

GPS系統(tǒng)采用高軌測(cè)距體制，以觀測(cè)站至GPS衛(wèi)星之間的距離作為基本觀測(cè)量。為了獲得距離觀測(cè)量，主要采用兩種方法：一是測(cè)量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)用戶接收機(jī)的傳播時(shí)間，即偽距測(cè)量;一是測(cè)量具有載波多普勒頻移的GPS衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號(hào)之間的相位差，即載波相位測(cè)量。采用偽距觀測(cè)量定位速度最快，而采用載波相位觀測(cè)量定位精度最高。通過對(duì)4顆或4顆以上的衛(wèi)星同時(shí)進(jìn)行偽距或相位的測(cè)量即可推算出接收機(jī)的三維位置。

3、GPS高程擬合的理論基礎(chǔ)

GPS測(cè)量是在WGS-84地心坐標(biāo)系中進(jìn)行的，所提供的高程為相對(duì)于WGS-84橢球的大地高H。它是一個(gè)幾何量，在我國沒有物理上的意義，除了個(gè)別特殊用途外，要把GPS大地高轉(zhuǎn)換為我國使用的正常高H正常高或在實(shí)際工程中應(yīng)用的正高H正高，即海拔高。進(jìn)行GPS高程轉(zhuǎn)換要考慮WGS-84橢球和本地參考橢球的差異以及大地水準(zhǔn)面和似大地水準(zhǔn)面相對(duì)本地參考橢球的高差，即大地水準(zhǔn)面高N和高程異常 。WGS-84橢球和本地參考橢球可用數(shù)學(xué)公式表達(dá)，它們之間的差異可用坐標(biāo)變換的方法解決。但大地水準(zhǔn)面是與靜止海水面相重合的一個(gè)重力場(chǎng)等位面，與地球內(nèi)部質(zhì)量分布有關(guān)。正高由于和正常高的求法相似在此不做討論，具體使用時(shí)可由正常高的求法類推而出。

二、影響GPS高程擬合高程精度的因素

影響GPS高程擬合高程精度的因素很多，包括儀器，自然環(huán)境，人為誤差，測(cè)區(qū)范圍及控制點(diǎn)分布情況和精度等。

2.1儀器方面的影響：各種品牌各型號(hào)的GPS接受機(jī)其精度不一樣，根據(jù)測(cè)區(qū)情況，精度要求選擇相適應(yīng)的GPS接受機(jī)及相應(yīng)解算軟件。GPS接受機(jī)及相應(yīng)解算軟件的設(shè)置對(duì)精度影響很大，應(yīng)按規(guī)范要求嚴(yán)格設(shè)置。

2.2自然環(huán)境：

(1)多路徑效應(yīng)的制約因素，所謂多路徑效應(yīng)是指測(cè)站附近反射物反射或干擾來自衛(wèi)星的信號(hào)與衛(wèi)星直接發(fā)射的信號(hào)同時(shí)被接收機(jī)接受，這兩種信號(hào)產(chǎn)生相互影響，使其觀測(cè)值偏離其真值，產(chǎn)生多路徑誤差。多路徑效應(yīng)的影響分為直接的和間接的，并能對(duì)高程產(chǎn)生分米級(jí)影響。

(2)電離層延遲對(duì)高程測(cè)量的影響，電離層對(duì)GPS測(cè)量的影響主要有:電離層群延(絕對(duì)測(cè)距誤差);電離層載波相位超前(相對(duì)測(cè)距誤差);電離層多普勒頻移(距速誤差);振幅閃爍信號(hào)衰減;磁暴、太陽耀斑等，這些電離層的變化都會(huì)延遲GPS信號(hào)的傳播路線。從而影響GPS的高程測(cè)量的精度。

(3)星歷和參考坐標(biāo)對(duì)高程的制約，衛(wèi)星的星歷是描述衛(wèi)星運(yùn)行軌道的信息，精確的軌道信息是GPS定位的基礎(chǔ)。另外，為測(cè)定某點(diǎn)的高程就必須獲得該地區(qū)的一個(gè)理想的用WGS一84參考位置。衛(wèi)星星歷質(zhì)量的好壞及用WGS一84參考位置確定精度等將直接影響GPS的高程測(cè)量，可能會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)PPM的影響。

(4)潮汐對(duì)GPS高程測(cè)量的影響，潮汐現(xiàn)象(包括陸地潮汐和海洋潮汐)對(duì)GPS高程測(cè)量也能產(chǎn)生很大的影響，特別是當(dāng)基線超過100km的情況下，其影響可達(dá)到厘米級(jí)。

(5)重力場(chǎng)GPS高程測(cè)量的影響

地面點(diǎn)的重力值不僅隨緯度和高度而變，也受測(cè)點(diǎn)周圍及地下物質(zhì)分布的影響，如果測(cè)區(qū)范圍比較大或地形起伏較大。其測(cè)區(qū)內(nèi)各控制點(diǎn)重力值也會(huì)有較大差異，對(duì)GPS測(cè)量高程的影響也很大。

2.3人為因素對(duì)高程測(cè)量的影響

(1)天線高是一個(gè)明顯的誤差來源。外業(yè)要求必須對(duì)天線高認(rèn)真量取并進(jìn)行嚴(yán)格檢查。其因天線高量取出現(xiàn)的粗差在解算時(shí)不易發(fā)現(xiàn)，將直接造成控制成果不合格。

(2)數(shù)據(jù)接受是否合格，接受衛(wèi)星顆數(shù)及衛(wèi)星分布情況。控制點(diǎn)選擇應(yīng)注意其周邊環(huán)境：如仰角情況是否滿足要求，周圍是否有干擾源。

(3)解算人員的素質(zhì)也會(huì)對(duì)成果造成一定影響，解算參數(shù)的設(shè)置，控制點(diǎn)的選擇，數(shù)據(jù)的處理是否合理，直接影響最終成果精度。

4、測(cè)區(qū)范圍及控制點(diǎn)分布情況和精度對(duì)高程測(cè)量的影響

在實(shí)際工作中的測(cè)區(qū)范圍及形狀等各不相同，所需高程控制點(diǎn)個(gè)數(shù)及分布的要求各不相同，控制點(diǎn)個(gè)數(shù)及分布情況直接影響大地水準(zhǔn)面模型構(gòu)造的好壞將直接影響最終成果精度。高程控制點(diǎn)的起算精度直接決定最終成果精度。

三、在實(shí)際工作中如何提高擬合計(jì)算精度

3.1在選擇待測(cè)點(diǎn)位時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)點(diǎn)位視野開闊，向上15°，視角范圍內(nèi)應(yīng)盡量避免有障礙物。

(2)盡量遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源，間距應(yīng)不小于400 m，遠(yuǎn)離高壓輸電線路，間距應(yīng)不小于200 m。

(3)遠(yuǎn)離具有強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號(hào)接收的物體，并盡量避開大面積的水域。

(4)在選擇待測(cè)點(diǎn)位時(shí)應(yīng)考慮整體網(wǎng)型及平均邊長能否滿足規(guī)范要求。

(5)根據(jù)不同測(cè)區(qū)，選用合適的擬合模型。對(duì)高差大于100m的測(cè)區(qū)，一般要加地形改正。

(6)對(duì)含有不同趨勢(shì)地區(qū)的大測(cè)區(qū)，可采取分區(qū)計(jì)算的辦法。

3.2已知點(diǎn)的位置對(duì)GPS水準(zhǔn)高程擬合的精度影響很大。待定點(diǎn)精度在很大程度上取決于已知點(diǎn)的分布狀況。當(dāng)已知點(diǎn)均勻分布于整個(gè)測(cè)區(qū)時(shí)，待定點(diǎn)精度最高。在進(jìn)行GPS水準(zhǔn)高程擬合時(shí)一定要使已知點(diǎn)均勻分布于整個(gè)測(cè)區(qū)，并且有一定的代表性，寧可已知點(diǎn)數(shù)少也不能因湊數(shù)而使已知點(diǎn)分布不均勻，更不能使已知點(diǎn)全部分布在測(cè)區(qū)的一端。GPS高程擬合的精度與已知聯(lián)測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)的精度有關(guān)。當(dāng)已知點(diǎn)的精度降低時(shí)，待定點(diǎn)精度明顯降低，要得到較高精度的GPS擬合高程就要保證已知水準(zhǔn)點(diǎn)的精度。提高GPS網(wǎng)的起算點(diǎn)坐標(biāo)的精度。采用高精度起算點(diǎn)可以提高最終成果精度。

3.3 觀測(cè)時(shí)應(yīng)根據(jù)工程要求選用相應(yīng)的GPS接收機(jī)，應(yīng)選擇最佳的觀測(cè)時(shí)間觀測(cè)，嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行觀測(cè)。

3.4解算人員嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行解算，根據(jù)項(xiàng)目要求及規(guī)范規(guī)定，是否需要進(jìn)行重力改正和地形改正等。

參考文獻(xiàn)

[1] .劉大杰,施一民.全球定位系統(tǒng)(GPS)的原理與數(shù)據(jù)處理. 同濟(jì)大學(xué)出版社

[2] .喬仰文,辛久志,王曉輝.GPS 高程擬合的幾種常用方法.東北測(cè)繪1999 年第2 期

[3] .成偉.GPS 高程擬合的若干問題研究 .地礦測(cè)繪2003,19

[4] .李振洪,吳云孫.GPS 高程擬合系統(tǒng)的研究 武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)1999 年第24 卷第4 期

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