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GPS高程测量总结GPS是伴随着现代科技的发展而兴起的以卫星为基础的无线电导航/定位技术,它被广泛应用于测绘行业各个领域。到目前为止,GPS技术能为各类用户提供精确的三维坐标,即大地经度L、大地纬度B、大地高H。GPS在高程控制测量方面还处于探索阶段,生产实践中又急需此项技术以解决GPS高程应用问题。从GPS系统的建立以后，测量领域得到了革命性的飞跃，与传统的手工测量手段相比，GPS技术有着巨大的优势，利用载波相位差分技术(RTK)，在实时处理两个观测站的载波相位的基础上，可以达到厘米级的精度，并同时具有操作简便、仪器体积小便于携带、全天候操作、观测点之间无须通视、测量结果统一在WGS84坐标下及信息自动接收、存储、减少繁琐的中间处理环节等特点.当前，GPS技术已广泛应用于大地测量、资源勘查、地壳运动、地籍测量等领域。但是，在GPS测高方面还有很多亟待研究解决的问题，GPS高程测量精度问题至今仍是测量领域亟待研究解决的问题。影响GPS高程测量中大地高精度的因素有很多，主要来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备，还有与地球整体运动有关的地球潮汐、负荷潮等的影响。下面对GPS高程测量的基本原理和影响GPS高程测量精度的因素以及如何提高GPS高程测量精度的方法进行分析、讨论。GPS高程测量基本原理：GPS测量能够精确给出地面点在WGS-84坐标系中三维坐标X、Y、Z或B、L、H,经系统变换可以得到地面点在局部坐标系中的大地高。由于各GPS点上的高程异常值无法直接获得,目前还无法直接将大地高精确地转换成实用的海拔高。因此,高程异常的确定成为高程转换的关键。GPS观测数据经转换、平差等数学处理后,可得到两点间的基线向量及高精度的大地高差,如果已知一点的大地高,即可求得全网各点的大地高。大地高是以椭球面为基准的高程系统,其定义为由地面点沿通过该点的椭球面法线到椭球面的距离。但目前常用的工程测量和高程放样是以铅垂线和水准面为依据的水准测量来实现的,所以,在实际工程中一般不采用大地高,而是采用正常高系统。正常高即地面点沿垂线方向到似大地水准面的距离,其相互关系式见下式和下图。h=H+ξ式中:H为大地高;h为正常高;ξ为高程异常。图示正常高和大地高的关系若使用本地区参考椭球面为基准,还应考虑到本地椭球面与WGS-84椭球面之间的差异。因为GPS测得的是以WGS-84椭球面为基准的大地高,所以要顾及两椭球面之间的高程异常差。高程异常的确定方法,可以分为几何解析法和重力法两类。几何解析法是用一个一次或高次的解析多项式拟合出测区的似大地水准面,进而内插出GPS点上的高程异常值。重力法是利用计算附近的地面重力测量资料求解大地水准面的非线性变化部分,应用中通常需结合地形数字模型和地球重力场模型数据,以反映地形起伏的影响和大地水准面的长、短波特性。影响GPS高程测量精度的因素：GPS测量是通过地面接收设备接收卫星传送的信息来确定地面点的三维坐标。测量结果的误差主要来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。与GPS卫星本身有关的误差有卫星星历误差、卫星钟误差及相对论效应。与信号传播有关的误差有电离层折射误差、对流层折射误差及多路径效应误差。与接收机有关的误差主要有接收机钟误差、接收机位置误差、天线相位中心位置误差及几何强度误差等。影响GPS高程测量精度的因素主要有以下几个方面:(1)卫星分布不对称。在确定平面位置时可以通过对观测时间段及卫星的选择来保证卫星分布的基本对称,从而消除或削弱距离测量中的偏差及卫星信号传播过程中的大气延迟误差、星历误差等误差对平面位置的影响。然而对于高程测量来说所有被观测的卫星均处在地平面以上,卫星分布总是不对称的,许多系统误差难以消除,这是高程精度低于平面精度的一个重要原因。(2)对流层延迟改正后的残差的影响。对流层延迟改正模型本身的误差,气象元素的量测误差特别是测站上的气象元素的代表性误差,以及实际大气状态和理想大气状态之间差异等将影响对流层改正的地表面似大地水准面参考椭球面ξHh精度。而对流层延迟改正不完善所残留下来的误差主要影响高程分量的精度,对于短基线这种影响更为明显。这是在GPS定位中高程精度不如平面精度的另一重要原因。(3)星历误差。卫星星历误差是GPS定位中的一个主要误差源。目前SA政策对广播星历的精度被有意识地降低,从而使星历误差也成为影响GPS高程测量精度的一个重要原因。(4)基线起算点的坐标误差。解算基线向量时需用到该基线向量的一个端点的坐标作为起算点坐标,该起算点的坐标误差会影响基线向量的解算结果,若起算点的水平坐标有10m的误差会使10km长的基线向量的高差产生2.9mm的误差。(5)其他误差。除了上述误差外,电离层延迟改正后的残余误差,多路径误差,接收机天线相位中心的偏差及相位中心的变化,天线高的量测误差等也会影响GPS高程测量的精度。提高GPS高程测量精度的措施（1）提高大地高（差）的测定精度。首先，设计合理有效的GPS网的网形结构，选择合适的GPS控制网的起算点，在有条件的前提下，尽量选择国家AB级GPS网点或已与国家AB级GPS网点连测的其他控制网点作起算点，以提高基线解算起算点坐标的精度其次，要做好卫星预报，选择最佳的卫星分布同时，还要考虑GPS网点周围的环境，以减弱多路径误差和对流层的影响，正确量取天线高。（2）提高连测几何水准的精度。首先要确保高程起算点的精度，已知水准点在进行GPS转换前，必须分析这些水准点是否属于同一高程系统，其等级是否满足要求，所得结果是否是同一期作业结果，特别是个别联测得到的几何水准，更需要仔细分析，必要时需进行联测检验其次取GPS网中若干信赖的几何水准高程点及GPS大地高联合进行拟合其他水准点的高程或分别取点重复试算，由拟合所得的数学模型求出其他实测几何水准点的试算高程，并取拟合残差。利用残差对相应点的实测水准高程进行粗差检验，对含粗差的观测值进行剔除后，再取足够的可靠观测值重新进行拟合。（3）提高拟合计算的精度。合理布设GPS控制网，使其具有足够且分布均匀的已知点，一般地区以每20到30平方公里联测一个几何水准点为宜，平原地区可少一些，山区应多一些，一个局部GPS网中最小联测几何水准点的点数，不能少于选用计算模型中未知参数的个数，尽量不要进行待定点的外推。根据不同的测区，选择合适的拟合模型，对高差大于100m的测区，一定要加地形改正，对含有不同趋势地区的大测区，应采取分区计算的办法进行拟合。