摘要：21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展給國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)技術(shù)各方面帶來了沖擊。在高程測(cè)量技術(shù)方面，GPS高程測(cè)量已經(jīng)漸漸地取代了傳統(tǒng)的控制測(cè)量方法。本文將介紹GPS高程測(cè)量的應(yīng)用以及測(cè)量方法，簡(jiǎn)要說明GPS高程測(cè)量在水利測(cè)繪工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀以及實(shí)際操作中的制約因素，并提出措施建議。針對(duì)GPS測(cè)量的誤差，對(duì)提高其精度測(cè)量方面提出幾點(diǎn)建議。并普及一下GPS相關(guān)的理論基礎(chǔ)知識(shí)。
　　關(guān)鍵詞：GPS高程測(cè)量，科學(xué)技術(shù)，控制測(cè)量方法，測(cè)量技術(shù)
　　引言：GPS即全球定位系統(tǒng)【1】，高程測(cè)量技術(shù)就是利用GSP技術(shù)對(duì)地面進(jìn)行三位定位，接收地球上人造衛(wèi)星發(fā)射出的電波，經(jīng)過對(duì)電波的分析解讀之后，測(cè)量出目標(biāo)地點(diǎn)的大地高、正常高以及三維坐標(biāo)值。大地高是可以直接測(cè)量得出的，正常高要運(yùn)用水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)量得出，分別精確程度已達(dá)到厘米。相比較傳統(tǒng)的高程測(cè)量法，GPS高程測(cè)量在操作上更加便捷了，且省時(shí)省力。在精度要求方面，隨著國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)對(duì)GPS精度的不斷探討其精度也有了明顯的提高。而且此種測(cè)量方法幾乎不受天氣的限值，因此目前應(yīng)用廣泛且深受喜愛。
　　1. GPS高程測(cè)量的工作原理
　　利用GPS技術(shù)，【2】首先測(cè)量所有目標(biāo)測(cè)量區(qū)域內(nèi)的GPS的大地高（用E表示），為滿足高程擬合的要求，再用水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)量出目標(biāo)測(cè)量區(qū)域內(nèi)GPS點(diǎn)的正常高（用D表示）。得出GPS點(diǎn)的大地高和正常高之后，即可計(jì)算出GPS點(diǎn)的高程差異（用Q表示），高程差異Q=E-D。完成這一切操作之后，運(yùn)用曲面擬合和平面擬合得出目標(biāo)測(cè)量區(qū)域內(nèi)其他GPS點(diǎn)的正常高。
　　1.1GPS的幾項(xiàng)參考數(shù)值
　　大地高即沒有明確的物理學(xué)意義。大地高是地面點(diǎn)所形成的橢圓的法線到參考橢圓間的距離。正高不同于正常高，正高是地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面間的垂直距離。正常高是地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面間的垂直距離。高程差異是大地水準(zhǔn)面與參考橢圓間的距離，
　　2.GPS的測(cè)量方法及測(cè)量數(shù)據(jù)
　　GPS的測(cè)量方法【3】。GPS的測(cè)量方法最主要的是單點(diǎn)定位。此種測(cè)量方法相對(duì)于另外兩種操作方法而言相對(duì)簡(jiǎn)單，此方法的工作原理是利用衛(wèi)星發(fā)出的電波計(jì)算出某一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。通常情況下，單點(diǎn)定位測(cè)量方法能夠接收四個(gè)以內(nèi)的衛(wèi)星的信號(hào)并作出分析。但是此種測(cè)量方法的缺陷是因?yàn)槠淅�用的是接收線或天線來確定三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的，因此，該種測(cè)量方法在精度要求方面還不夠，測(cè)量定位時(shí)最好不能用單點(diǎn)定位。其次是相對(duì)定位。相對(duì)定位包含有：動(dòng)態(tài)側(cè)量、快速靜態(tài)測(cè)量和靜態(tài)測(cè)量三種。動(dòng)態(tài)測(cè)量的操作方法是在測(cè)定的區(qū)域選擇一個(gè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，利用天線和接收機(jī)跟蹤可見衛(wèi)星，相比較于靜態(tài)測(cè)量法，動(dòng)態(tài)測(cè)量法的精度還達(dá)不到靜態(tài)測(cè)量。快速靜態(tài)測(cè)量的操作方法是需要首先選擇一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，保持一臺(tái)接收機(jī)在原控制點(diǎn)的基準(zhǔn)上保持不變，其他幾臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)。靜態(tài)測(cè)量是的操作方法是在多天基準(zhǔn)線上的兩端放置兩臺(tái)以上的天線和接收機(jī)，接受和分析衛(wèi)星信號(hào)。此種測(cè)量方法在精度要求方面比較可靠。最后一種是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量。
　　GPS的測(cè)量數(shù)據(jù)處理【4】。測(cè)量數(shù)據(jù)處理主要是包含有兩個(gè)方面的內(nèi)容：數(shù)據(jù)的預(yù)處理和GPS網(wǎng)的平差處理。數(shù)據(jù)的預(yù)處理的目的是通過對(duì)原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和整理，獲得GPS的觀測(cè)基線向量，整個(gè)過程是為下一步計(jì)算平差而準(zhǔn)備的。GPS網(wǎng)的平差處理的操作原理是利用一個(gè)點(diǎn)為三維坐標(biāo)點(diǎn)，一次進(jìn)行GPS網(wǎng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與平差處理。
　　3.GPS測(cè)量的誤差分析
　　GPS測(cè)量的誤差【5】主要是從以下幾個(gè)方面來考慮的：信號(hào)傳播相關(guān)的誤差、衛(wèi)星相關(guān)的誤差、接收線相關(guān)的誤差等。
　　眾所周知，地面40km以上的區(qū)域?qū)儆诖髿鈱拥膶?duì)流層，GPS信號(hào)在通過對(duì)流層時(shí)發(fā)生的傳播路徑的彎曲，這就使測(cè)量的距離發(fā)生了偏差，這就是流層折射誤差。可以利用同步測(cè)量數(shù)據(jù)求差已減弱測(cè)量距離造成的誤差。多路徑誤差是嚴(yán)重影響GPS測(cè)量精度的重要因素之一，在測(cè)量中，目標(biāo)測(cè)量對(duì)象內(nèi)的其他區(qū)域會(huì)反射衛(wèi)星信號(hào)，使其測(cè)量值偏差。可以在天線上安裝抑徑板以抑制不需要的反射信號(hào)。電離層是距地面50～1000km的區(qū)域，和流層折射的發(fā)生原理一樣，GPS信號(hào)在經(jīng)過電離層的時(shí)候會(huì)發(fā)生的信號(hào)路徑彎曲，從而產(chǎn)生電離層折射誤差，這就是電離層的折射誤差。同步觀測(cè)和雙頻觀測(cè)可以減弱誤差。
　　衛(wèi)星相關(guān)的誤差體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：衛(wèi)星的位置與實(shí)際位置間的誤差即衛(wèi)星星歷誤差。可以對(duì)同一衛(wèi)星設(shè)置多個(gè)觀測(cè)站觀測(cè)。相對(duì)論效應(yīng)是接收鐘機(jī)與衛(wèi)星鐘間在不同形態(tài)下產(chǎn)生的誤差。可以保持接受鐘機(jī)和衛(wèi)星鐘的相對(duì)獨(dú)立。
　　接收線相關(guān)的誤差體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：在實(shí)際觀測(cè)過程中，天線相位中心的位置會(huì)受到信號(hào)的方向和位置的影響，這就會(huì)產(chǎn)生天線中心位置的誤差。接收機(jī)天線線位中心與觀測(cè)站中心位置間產(chǎn)生的誤差即接收機(jī)位置的誤差。這就要求操作人員在實(shí)際觀測(cè)過程中要謹(jǐn)慎、信心，減少或避免誤差。接收機(jī)鐘誤差是石英鐘、衛(wèi)星鐘、接收機(jī)鐘三者之間的誤差。
　　4.GPS高程測(cè)量在水利測(cè)繪工程中的應(yīng)用
　　綜上所述，我們大概了解了GPS高程測(cè)量的工作原理以及相關(guān)的幾項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)。對(duì)GPS高程測(cè)量的測(cè)量方法也有所了解。近幾年來GPS高程測(cè)量技術(shù)在水利工程中的大力應(yīng)用，迫使科學(xué)家和水利工程事業(yè)的工作者越來越開始關(guān)注GPS高程測(cè)量的精度問題。上文已經(jīng)對(duì)從各個(gè)方面對(duì)其測(cè)量過程前后產(chǎn)生的誤差作出了分析，下文將針對(duì)其誤差的產(chǎn)生針對(duì)性的提出建議，希望能夠促進(jìn)我國(guó)水利事業(yè)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。
　　傳統(tǒng)的高程測(cè)量實(shí)際應(yīng)用中與會(huì)存在各種各樣的問題。【6】水利測(cè)繪的測(cè)量中，由于修建水利工程的地方大多有地勢(shì)偏僻、地形復(fù)雜、交通不便、路線崎嶇等特點(diǎn)，實(shí)際操作中其傳統(tǒng)的測(cè)量方法運(yùn)用起來還是比較困難的。GPS高程測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到水利測(cè)繪工程中，省時(shí)省力、無需通視、效率較高。
　　針對(duì)GPS高程測(cè)量在水利工程中的應(yīng)用，筆者對(duì)提高GPS在水利工程中的應(yīng)用和減少誤差方面提出幾點(diǎn)建設(shè)性的建議【7】：
　　1）GPS的高程測(cè)量在實(shí)際測(cè)量過程中要以高精度基準(zhǔn)網(wǎng)為參考標(biāo)準(zhǔn)；2）在設(shè)的使用上，建議使用雙頻且型號(hào)相同的GPS接收機(jī)，3）盡可能多的增加多余觀測(cè)，可以減弱測(cè)試的模糊度。4）提高大地差的測(cè)量精度，要做好衛(wèi)星預(yù)報(bào)工作，設(shè)計(jì)合理的GPS網(wǎng)，測(cè)量時(shí)要考慮目標(biāo)觀測(cè)區(qū)域內(nèi)的周圍環(huán)境5）提高擬合計(jì)算和連測(cè)幾何水準(zhǔn)的精度。
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