谈影响GPS高程拟合高程精度的因素

摘要：GPS 定位技术以其精度高，全天候.成本低，效率高等特点被广泛应用于测绘及其它领域。目前在局部地区应用GPS 测定的大地高精度进过高程拟合，已可以代替水准测量，将高程拟合成果直接应用到实际测量工作中，为各项工程节约大量时间和人力物力。但在一些实际工作中GPS拟合高程代替水准高程又经常出现一些问题。本文将对GPS解算原理经行简单介绍，重点对实际工作影响GPS高程拟合高程精度的因素经行分析。

关键词：GPS高程拟合高程;精度

一、什么是GPS及工作原理

1、GPS基本概念及GPS定位系统的组成

GPS全球定位系统(Globa Positioning System-GPS)是美国从上世纪70年代开始研制的新一代卫星导航与定位系统，于1994年全面建成。该系统利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力。它已成为当今世界上最实用，也是应用最广泛的全球精密导航、指挥和调度系统。GPS系统主要包括有三大组成部分：即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。

2、GPS定位原理

GPS系统采用高轨测距体制，以观测站至GPS卫星之间的距离作为基本观测量。为了获得距离观测量，主要采用两种方法：一是测量GPS卫星发射的测距码信号到达用户接收机的传播时间，即伪距测量;一是测量具有载波多普勒频移的GPS卫星载波信号与接收机产生的参考载波信号之间的相位差，即载波相位测量。采用伪距观测量定位速度最快，而采用载波相位观测量定位精度最高。通过对4颗或4颗以上的卫星同时进行伪距或相位的测量即可推算出接收机的三维位置。

3、GPS高程拟合的理论基础

GPS测量是在WGS-84地心坐标系中进行的，所提供的高程为相对于WGS-84椭球的大地高H。它是一个几何量，在我国没有物理上的意义，除了个别特殊用途外，要把GPS大地高转换为我国使用的正常高H正常高或在实际工程中应用的正高H正高，即海拔高。进行GPS高程转换要考虑WGS-84椭球和本地参考椭球的差异以及大地水准面和似大地水准面相对本地参考椭球的高差，即大地水准面高N和高程异常 。WGS-84椭球和本地参考椭球可用数学公式表达，它们之间的差异可用坐标变换的方法解决。但大地水准面是与静止海水面相重合的一个重力场等位面，与地球内部质量分布有关。正高由于和正常高的求法相似在此不做讨论，具体使用时可由正常高的求法类推而出。

二、影响GPS高程拟合高程精度的因素

影响GPS高程拟合高程精度的因素很多，包括仪器，自然环境，人为误差，测区范围及控制点分布情况和精度等。

2.1仪器方面的影响：各种品牌各型号的GPS接受机其精度不一样，根据测区情况，精度要求选择相适应的GPS接受机及相应解算软件。GPS接受机及相应解算软件的设置对精度影响很大，应按规范要求严格设置。

2.2自然环境：

(1)多路径效应的制约因素，所谓多路径效应是指测站附近反射物反射或干扰来自卫星的信号与卫星直接发射的信号同时被接收机接受，这两种信号产生相互影响，使其观测值偏离其真值，产生多路径误差。多路径效应的影响分为直接的和间接的，并能对高程产生分米级影响。

(2)电离层延迟对高程测量的影响，电离层对GPS测量的影响主要有:电离层群延(绝对测距误差);电离层载波相位超前(相对测距误差);电离层多普勒频移(距速误差);振幅闪烁信号衰减;磁暴、太阳耀斑等，这些电离层的变化都会延迟GPS信号的传播路线。从而影响GPS的高程测量的精度。

(3)星历和参考坐标对高程的制约，卫星的星历是描述卫星运行轨道的信息，精确的轨道信息是GPS定位的基础。另外，为测定某点的高程就必须获得该地区的一个理想的用WGS一84参考位置。卫星星历质量的好坏及用WGS一84参考位置确定精度等将直接影响GPS的高程测量，可能会产生几个PPM的影响。

(4)潮汐对GPS高程测量的影响，潮汐现象(包括陆地潮汐和海洋潮汐)对GPS高程测量也能产生很大的影响，特别是当基线超过100km的情况下，其影响可达到厘米级。

(5)重力场GPS高程测量的影响

地面点的重力值不仅随纬度和高度而变，也受测点周围及地下物质分布的影响，如果测区范围比较大或地形起伏较大。其测区内各控制点重力值也会有较大差异，对GPS测量高程的影响也很大。

2.3人为因素对高程测量的影响

(1)天线高是一个明显的误差来源。外业要求必须对天线高认真量取并进行严格检查。其因天线高量取出现的粗差在解算时不易发现，将直接造成控制成果不合格。

(2)数据接受是否合格，接受卫星颗数及卫星分布情况。控制点选择应注意其周边环境：如仰角情况是否满足要求，周围是否有干扰源。

(3)解算人员的素质也会对成果造成一定影响，解算参数的设置，控制点的选择，数据的处理是否合理，直接影响最终成果精度。

4、测区范围及控制点分布情况和精度对高程测量的影响

在实际工作中的测区范围及形状等各不相同，所需高程控制点个数及分布的要求各不相同，控制点个数及分布情况直接影响大地水准面模型构造的好坏将直接影响最终成果精度。高程控制点的起算精度直接决定最终成果精度。

三、在实际工作中如何提高拟合计算精度

3.1在选择待测点位时应注意以下几点：

(1)点位视野开阔，向上15°，视角范围内应尽量避免有障碍物。

(2)尽量远离大功率无线电发射源，间距应不小于400 m，远离高压输电线路，间距应不小于200 m。

(3)远离具有强烈干扰卫星信号接收的物体，并尽量避开大面积的水域。

(4)在选择待测点位时应考虑整体网型及平均边长能否满足规范要求。

(5)根据不同测区，选用合适的拟合模型。对高差大于100m的测区，一般要加地形改正。

(6)对含有不同趋势地区的大测区，可采取分区计算的办法。

3.2已知点的位置对GPS水准高程拟合的精度影响很大。待定点精度在很大程度上取决于已知点的分布状况。当已知点均匀分布于整个测区时，待定点精度最高。在进行GPS水准高程拟合时一定要使已知点均匀分布于整个测区，并且有一定的代表性，宁可已知点数少也不能因凑数而使已知点分布不均匀，更不能使已知点全部分布在测区的一端。GPS高程拟合的精度与已知联测水准点的精度有关。当已知点的精度降低时，待定点精度明显降低，要得到较高精度的GPS拟合高程就要保证已知水准点的精度。提高GPS网的起算点坐标的精度。采用高精度起算点可以提高最终成果精度。

3.3 观测时应根据工程要求选用相应的GPS接收机，应选择最佳的观测时间观测，严格按照规范要求进行观测。

3.4解算人员严格按照规范要求进行解算，根据项目要求及规范规定，是否需要进行重力改正和地形改正等。

参考文献

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[2] .乔仰文,辛久志,王晓辉.GPS 高程拟合的几种常用方法.东北测绘1999 年第2 期

[3] .成伟.GPS 高程拟合的若干问题研究 .地矿测绘2003,19

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