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GPS高程测量的精度分析 　　摘 要：介绍了GPS在市政工程高程测量中的应用，并揭示了造成实践应用不广泛的主要原因—测量精度。进而从GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备以及地面高程的转化四个方面分析了GPS高程测量的精度问题。 　　关键词：市政工程 高程测量 GPS信号接收机 测量精度 　　中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1003-9082 （2013） 11-0008-01 　　一、引言 　　在工程测量中，高程测量的精度问题一直被测绘学界的工作者们广泛关注。水准测量的精度较高，但是测量工作量太大、测量速度较慢。相较于水准测量而言，GPS测量高程在效率上有很大的提高。理论与试验研究表明，如果在测量时加上一些特定的措施，GPS的高程测量精度可以达到三、四等水准测量的要求。近年来，随着RTK技术的广泛应用，尤其是多基站连续运行卫星定位服务综合系统在各城市的相继建立，高程测量方法得到了有效扩展，作业效率大大提高，但由于高程异常变化复杂，所以，GPS高程的精度普遍不高，分析影响GPS测量精度的影响因素，提高GPS的测量精度有重要的实践意义。 　　二、GPS高程测量的影响因素分析 　　1.与卫星相关的因素。卫星是GPS测量的信息发出点，卫星的分布、数量、稳定性对GPS测量结果的稳定性和精确度影响很大。 　　（1）卫星的个数及稳定程度。在解算整周模糊度时，至少需要有5颗公共卫星。星数越多，解算模糊度的速度越快、越可靠。当周围高层建筑物密集且有大树时，公共卫星数如果少于5颗，就很难得到固定解。当降低卫星的截止高度角时，公共卫星数将增加，但将使采集的数据含有较低的信噪比，使GPS接收机解算模糊度的时间延长，且观测精度较差，很难满足要求；当周围只是一侧或部分遮挡，此时的卫星个数需根据实际情况而定，如果卫星正好在遮挡物的一侧，此时，可能导致卫星数少于5颗，或者卫星数时而增加，时而减少。这样就会造成测回间的数据精度不稳定；当周围较空矿时，一般都能达5颗或者5颗以上，且卫星个数固定，此时采集的数据精度也比较稳定，但不排除个例。 　　（2）卫星分布情况。卫星分布用PDOP值（位置精度强弱度，为玮度、经度和高程等误差平方和的平方根）来衡量。PDOP值越小，说明卫星的分布越好，定位精度越高。一般规定，PDOP值应小于6。 　　2.与卫星信号传播相关的因素。卫星信号要经由大气空间传播到GPS数据接收器上来，在传播过程中，信号可能受到大气层的影响而发生波动，这就会对GPS接收到的数据造成影响，进而影响解算结果，影响测量的精度。 　　（1）对流层延迟。对流层延迟是指电磁波信号通过高度在50km以下的未被电离的中性大气层时，所产生的信号延迟。一般认为当两测站距离较近时，其对流层延迟是高度相关的，通过差分可被极大地削弱，因此短基线GPS测量中，残余对流层延迟误差常被忽略不计。但在实际中，即使在一个较小的区域范围内，不同位置的气象条件也是有差异的，当这种差异较大时，其带来的残余对流层延迟是短基线GPS测量一个主要的误差来源。天气恶劣时，GPS测量精度随基线长度的增加逐渐降低，尤其是高程方向。当基线大于15km时，精度会明显下降；当基线接近或超过30km时，残余对流层延迟己变得很大，甚至不能解算；因此在炎热潮湿的天气进行GPS测量，即使高差较小，当观测基线较长时，经过标准气象模型改正后仍然存在较大的误差。对于有条件的地区，建立与本地区气象条件相符合的对流层延迟区域模型，可以大大提高GPS测量精度。此外，在春冬季节进行观测的精度一般低于夏秋季，因为其天气变化比较平缓。 　　（2）电离层延迟。电离层是指高度在60-1000km间的大气层。卫星信号到达GPS接收机之前，要穿过对流层和电离层，其中电离层折射效应非常显著。由电离层折射引起的电磁波传播路径距离误差，沿天顶方向最大可达50m，沿水平方向最大可达150m。在取消了SA政策之后，电离层折射成为影响GPS精度最主要的误差源。电离层的影响大小可以通过电子含量来衡量。电子含量会随时间和空间发生剧烈变化。因此，卫星信号到达基准站和移动站时将有不同的影响。 　　（3）多路径效应。在GPS测量中，被测站附近的反射物所反射的卫星信号（反射波）如果进入接收机天线，就将和直接来自卫星的信号（直射波）产生干涉，从而使观测值偏离真值，产生所谓的“多路径效应”。多路径效应严重损害GPS测量的精度，严重时还将引起信号的失锁，是GPS测量中一种重要的误差源。多路径效应影响由间接信号的相对幅度、相位、相位速率和延迟所决定。多路径效应对载波相位观测值的影响造成相位偏移，给距离观测带入约5cm的显著性偏差，而对高程影响可以达到±1. 5cm。 　　3.与接收机相关的因素。GPS接收机是我们最终获