关于工程测量中G PS 控制测量平面与高程精度分析

2021-12-14郭海生黄宜普

科学技术创新 2021年34期

郭海生黄宜普

（中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，福建厦门 361000）

想要对现阶段工程测量过程中GPS 控制测量技术在平面与高程测量过程中所能够得到的测量精度进行深入的分析与探讨，首先要对GPS 控制测量技术进行一个深入而全面的研究。所谓的GPS 控制测量技术，指的是利用空间飞行卫星，南向地面广播进行频率和特殊定位信息的无线电信号发送，来帮助进行定位测量的技术，这种技术相比较普通测量方式而言，具有无可比拟的优势。

1 GPS 测量优势和缺点分析

相比较其他的测量技术而言，GPS 控制测量方式具有无可比拟的优势，它不需要耗费过高的运营成本便能测量出较为精准的数据，并且在数据测量的过程中，不需要耗费太多的时间。因此相比较其他的测量手段而言，GPS 控制测量方式在现阶段的工程测量中，有较高的使用频率。但想要使得GPS 控制测量技术所测量出的数据精度达到理想状态，有两个必须要满足的前提条件，一是GPS 的网形相对而言较为理想，二是已知点较为充足且在分布上比较均匀。但在实际的测量环境中经常遇到创新状态不理想且已知点，分布不均匀且不够充分的状况，这样一来，测量目标的相对高差就会相对而言大很多，倘若在这一情况下，想要进行高精度数据的获取会有较大的难度。经过进一步的实验研究有关测量人员发现，倘若使用GPS 控制测量技术，在平面位置上进行测量，那么不管在何种的使用情形下，最终所测算出的结果都不会有太明显的误差。在使用双频GPS接收器进行测量的过程中，其基线解精度为5mm+1ppm，GPS 的定位无论是在50km 以内还是1000km 以上，其精度值都能达到10，这是GPS 在定位方面的优势。但在高程较差的研究分析过程中，其最终所测量得出的数据结果已经超过了误差允许范围。这意味着使用GPS 控制测量技术进行高程精度的测量，并不能够取得较为精准的测量数据，这便是GPS 控制测量技术使用过程中的优势和劣势分析。

图1 大地高、正常高、正高关系

2 实例分析

现以福州华能罗源电厂一期循环水系统建筑工程项目为例列表分析，项目位于福建省罗源县碧里乡将军帽村，场地东、南、西三面临海，北面与半岛相连，北接罗源湾港区的牛坑作业区，东邻将军帽作业区，西距罗源县城越23.5km。

本项目工程测量平面控制系统采用3°带，高斯投影，1980年西安坐标系，中央子午线为120°。高程基准采用1985 国家高程基准。

图2 控制网示意图

对数据统计分析后可以看出，控制网布控合理，环闭合差计算结果在规范允许范围内，基线解算中平面精度能满足施工需求，但高程精度不稳定，难以满足施工需求，需要增加水准测量校正核对。

3 影响高程精度的原因分析

3.1 大地高的测量精度

实际上在GPS 控制测量技术使用的过程中，想要进行误差的控制，就需要尝试采用合适的方式来进行GPS 正常高数据的计算，并尝试使得有关数据变得更为精确。为了得到更为精确的数据，有关技术研究人员需要通过测量得到一个较为精准的GPS 大地高，GPS 大地高是令技术人员进行正常高数据获得的重要关键条件，但在日常进行工程测量的过程中，影响到GPS大地高最终精准数据获取的因素有很多，除了设备以及数据处理等人为方面的因素，可能会影响到GPS 大地高的最终测量效果之外，卫星以及信号传播等因素，也很可能会影响到GPS 大地高的最终测量精度。影响到卫星的主要原因有很多，譬如卫星中卫星星历误差都是很可能会对GPS 大地高的最终获得精度产生影响的，而信号传播方面的因素也有很多种，比如电离层延迟，对流层延迟，都是不得不关注的因素，而在数据接收设备以及数据处理方面，天线对中、天线整平以及天线相位中心都很可能会影响到GPS 大地高的最终测量精准程度。比如通过模拟计算的方式来进行1mm 的天顶对流层延迟误差的计算实验，通过计算实验不难发现平面位置可能会产生0.1mm 的误差，但高层误差却会在2～6mm 之间，这意味着对流层延迟误差在平面位置，定位精度方面的影响并不大，几乎可以忽略不计，但对高程方面的精度影响却较为明显。

表1 部分环闭合差计算结果

表2 部分基线解算成果

图3 测量流程图

表3 高差之差值差异较大时相应的气象参数值统计表

上述数据是2020 年随机选取月份的气相参数值数据，对比上述数据不难发现，即便是在降雨量为零的天气，GPS 高差值也仍然较大，因此这一误差来源并非天气，而是对流层的信号延迟。

3.2 进行几何水准的测量

在通常情况下，如果想要进行差值的获取，还需要尝试进行高程数差和大地角度之间差值的进一步计算，但想要进行高程数差，有关数据信息的获悉需要运用到固定的数学模型，因此在固定的观测区中，很可能会出现高程数差与几何数差存在误差的情况，这种误差会最终对运算结果产生较为明显的影响。因此对于工作人员而言，想要进行更高精度的数值获取，就需要对几何水准测量的起算点进行更进一步的精准规范。

4 进行有关措施分析

由于GPS 控制测量技术具有普通测量技术无可比拟的优势，因此在未来的工程测量过程中，GPS 控制测量技术将会成为主流的测量技术来进行使用，但由于其在高程精度测量方面仍然存在着较为明显的误差，因此有关技术研究人员需要尝试制定出具有可行性的方案和措施，来提升GPS 控制测量技术，在高层测量方面的精准程度。下文将对有关措施进行深入的研究与分析。

4.1 进行合理观测位置的选择

合理观测位置的选择，对GPS 高程测量技术精准程度的提升，能够起到十分重要的作用，因此有关技术人员在进行测量工作展开前，需要对目标测量地区的实际状况进行深入的考察，并针对当时的地形网络进行一个科学合理的规划，如果有关技术人员能够收集到与目标区域有关的数据信息以及地形结构信息，那么就可以尝试通过数据信息的分析来选择最为科学合理的位置，并对所选择位置的观测合理性进行进一步深入的探讨，除此之外有关工作人员还需要进行观测站的慎重选址。在理想状况下，GPS 的最终观测点应该是在两个观测站之间，如果规划人员在进行观测站选址规划的过程中，不结合现阶段的具体工程，测量环境来进行观测站的选址，那么很可能会导致GPS 高程测量最终的精准程度受到负面影响，因此有关工作人员在进行观测位置选择以及观测站选址的过程中，应当尝试结合具体的实际情况来进行，计划的制定，只有如此才能够制定出最为合适的操作方案进行GPS 高程测量。

4.2 进行天线高测量精准性的提升

通过前文的分析不难发现，最终会影响到GPS 控制测量在高程数据测量精度方面的因素有很多，天线高的测量精准性就会对GPS 高程测量的最终数据精准程度产生较大的影响，因此在进行天线测量的过程中，有关技术人员应当尝试进行测量方式的改进与完善，在传统的户外测量工作展开的过程中，大部分技术人员都会将天线的斜高作为测量值来进行测量，但实际上，这种测量值所获得的最终测量结果并不精准，为了进行误差范围的进一步缩小，有关技术人员应当尝试进行测量方式和理念的改进与完善，譬如工作人员可以尝试通过多次测量取平均值的方式来进行误差的控制，又或是可以根据测量地点和地理环境的不同来进行各种不同测量方式的使用，务必使得天线高的最终测量数据变得更为准确。