影響gps高程測(cè)量精度因素和改進(jìn)措施

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1、影響GPS高程測(cè)量精度因素和改進(jìn)措施　　摘要：由于近幾年GPS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，高精度GPS控制測(cè)量已經(jīng)在許多工程中得到應(yīng)用，大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，GPS控制網(wǎng)的平面坐標(biāo)精度是可靠的，能夠達(dá)到工程測(cè)量的要求，但高程方面由于區(qū)域性大地水準(zhǔn)面的精度、電離層延遲誤差、坐標(biāo)系不一致的影響，其精度一直被認(rèn)為不可靠。因此，GPS在我國(guó)高程控制網(wǎng)的布設(shè)中應(yīng)用較少。從某種程度上講，未能充分發(fā)揮GPS測(cè)量能夠提供3維坐標(biāo)的優(yōu)越性。利用GPS求得的是在WGS-84坐標(biāo)系中的大地高，而目前我國(guó)的實(shí)用高程系統(tǒng)采用的是正常高，要想使GPS高程在工程實(shí)際中得到應(yīng)

2、用，必須實(shí)現(xiàn)GPS大地高向我國(guó)實(shí)用高程的轉(zhuǎn)換。關(guān)鍵詞：原理；因素；措施；應(yīng)用中圖分類號(hào)：P258文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1.GPS高程測(cè)量基本原理1.1GPS測(cè)量能夠精確給出地面點(diǎn)的在WGS-84坐標(biāo)系中3維坐標(biāo)X，Y，Z或B，L，H，經(jīng)系統(tǒng)變換可以得到地面點(diǎn)在局部坐標(biāo)系中的大地高。由于各GPS點(diǎn)上的高程異常值無(wú)法直接獲得，目前還無(wú)法直接將大地高精確地轉(zhuǎn)換成實(shí)用的海拔高。因此，高程異常的確定成為高程轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。7GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換、平差等數(shù)學(xué)處理后，可得到兩點(diǎn)間的基線向量及高精度的大地高差，如果已知一點(diǎn)的大地高，即可求得全網(wǎng)各點(diǎn)的大地高。

3、大地高是以橢球面為基準(zhǔn)的高程系統(tǒng)，其定義為由地面點(diǎn)沿通過(guò)該點(diǎn)的橢球面法線到橢球面的距離。但是，目前常用的工程測(cè)量和高程放樣是以鉛垂線和水準(zhǔn)面為依據(jù)的水準(zhǔn)測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以，在實(shí)際工程中一般不采用大地高，而是采用正常高系統(tǒng)。正常高即地面點(diǎn)沿垂線方向到似大地水準(zhǔn)面的距離，其相互關(guān)系式見(jiàn)式H=h+ξ,式中：H為大地高；h為正常高；ξ為高程異常。若使用本地區(qū)參考橢球面為基準(zhǔn)，還應(yīng)考慮到本地橢球面與WGS－84橢球面之間的差異。因?yàn)镚PS測(cè)得的是以WGS－84橢球面為基準(zhǔn)的大地高，所以要顧及兩橢球面之間的高程異常差。1.2高程異常的確定方法

4、，可以分為幾何解析法和重力法兩類。幾何解析法是用一個(gè)1次或高次的解析多項(xiàng)式擬合出測(cè)區(qū)的似大地水準(zhǔn)面，進(jìn)而內(nèi)插出GPS點(diǎn)上的高程異常值。重力法是利用計(jì)算附近的地面重力測(cè)量資料求解大地水準(zhǔn)面的非線性變化部分，應(yīng)用中通常需結(jié)合地形數(shù)字模型和地球重力場(chǎng)模型數(shù)據(jù)，以反映地形起伏的影響和大地水準(zhǔn)面的長(zhǎng)、短波特性。7利用重力法計(jì)算高程異常值在工程測(cè)量中是不切合實(shí)際的，考慮到工程測(cè)量控制網(wǎng)的范圍較小，似大地水準(zhǔn)面的變化比較平綬，因此，利用一些聯(lián)測(cè)水準(zhǔn)的GPS點(diǎn)，求得各點(diǎn)的高程異常值，再用平面擬合的方法來(lái)逼近似大地水準(zhǔn)面，以求得其他GPS點(diǎn)的高程異

5、常，從而達(dá)到將大地高轉(zhuǎn)換為正常高的目的。2.影響GPS高程測(cè)量精度的因素GPS測(cè)量是通過(guò)地面接收設(shè)備接收衛(wèi)星傳送的信息來(lái)確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。測(cè)量結(jié)果的誤差主要來(lái)源于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號(hào)的傳播過(guò)程和地面接收設(shè)備。與GPS衛(wèi)星本身有關(guān)的誤差有衛(wèi)星星歷誤差，衛(wèi)星鐘誤差及相對(duì)論效應(yīng)。與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差有電離層折射誤差、對(duì)流層折射誤差及多路徑效應(yīng)誤差。與接收機(jī)有關(guān)的誤差主要有接收機(jī)鐘誤差、接收機(jī)位置誤差、天線相位中心位置誤差及幾何強(qiáng)度誤差等。2.1衛(wèi)星分布不對(duì)稱：在確定平面位置時(shí)可以通過(guò)對(duì)觀測(cè)時(shí)間段及衛(wèi)星的選擇來(lái)保證衛(wèi)星分布的基本對(duì)稱，

6、從而消除或削弱距離測(cè)量中的偏差及衛(wèi)星信號(hào)傳播過(guò)程中的大氣延遲誤差、星歷誤差等誤差對(duì)平面位置的影響。然而對(duì)于高程測(cè)量來(lái)說(shuō)所有被觀測(cè)的衛(wèi)星均處在地平面以上，衛(wèi)星分布總是不對(duì)稱的。許多系統(tǒng)誤差難以消除。這是高程精度低于平面精度的一個(gè)重要原因。72.2對(duì)流層延遲改正后的殘差的影響：對(duì)流層延遲改正模型本身的誤差，氣象元素的量測(cè)誤差特別是氣象元的代表性誤差，以及實(shí)際大氣狀態(tài)和理想大氣狀態(tài)之間差異等將影響對(duì)流層改正的精度。而對(duì)流層延遲改正不完善所殘留下來(lái)的誤差主要影響高程分量的精度,對(duì)于短基線這種影響更為明顯。這是在GPS定位中高程精度不平面精

7、度的另一重要原因。2.3星歷誤差：衛(wèi)星星歷誤差是GPS定位中的一個(gè)主要誤差源。目前SA政策對(duì)廣播星歷的精度被有意識(shí)地降低。從而使星歷誤差也成為GPS高程測(cè)量精度的一個(gè)重要原因。2.4基線起算點(diǎn)的坐標(biāo)誤差：解算基線向量時(shí)需用到該基線向量的一個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)作為起算點(diǎn)坐標(biāo)。該起算點(diǎn)的坐標(biāo)誤差會(huì)影響基線向量的解算結(jié)果。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)介紹，若起算點(diǎn)的水平坐標(biāo)有10米的誤差會(huì)使10km長(zhǎng)的基線向量的高差產(chǎn)生2.9mm的誤差。2.5其他誤差；除了上述誤差外，電離層延遲改正后的殘余誤差，多路徑誤差，接收機(jī)天線相位中心的偏差及相位中心的變化，天線高的量測(cè)

8、誤差等也會(huì)影響GPS高程測(cè)量的精度。3.提高GPS高程測(cè)量精度的措施3.1提高大地高測(cè)定的精度，大地高測(cè)定的精度是影響GPS高程測(cè)量精度的主要因素之一。這可以從提高局部GPS網(wǎng)基線解算的起算點(diǎn)的精度；改善GPS星歷的精度；觀測(cè)時(shí)應(yīng)選擇最佳的衛(wèi)星分布