【干货】GPS高程测量精度的分析与比较值得一提！ ！ ！

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总结: 近年来，GPS技术得到了广泛的应用，但是科学数据表明，GPS高程测量的准确性还受到某些因素的影响，因此限制了GPS测量的功能. 为了使GPS高程测量在实际中得到更广泛的应用，本文分析了GPS高程测量的基本原理和影响因素. 经过比较，重点研究了如何提高GPS高程测量的精度.

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0. 简介

随着GPS技术的发展，GPS高程测量已在许多项目中得到应用. 为了提高GPS高度测量精度并使其在测量领域中发挥应有的作用，分析影响GPS高度测量精度的原因是必不可少的.

1. GPS高程测量的定义

全球定位系统称为GPS. GPS高度测量系统是使用Global PositioningSystem的HeightMeasurement的缩写. GPS高度测量是一种使用GPS系统测量地面点的地面高度的方法.

2. GPS高程测量的基本原理

2.1 GPS高程测量的基本原理

在WGS-84坐标系中，GPS测量可以准确给出地面点的三维坐标系x，y，z或B，L，H. 系统转换后，可以从已知的三维坐标中获得本地坐标系中地面点的相应地面高度. 目前，无法直接获得GPS点的高程异常值，因此无法准确实现地球高度与实际高度之间的转换. 因此，确定高程异常是高程转换的关键.

2.2确定高程异常的方法

2.2.1确定高程异常的方法之一

确定高程异常的方法之一是几何分析方法，其定义为通过使用一次或高阶分析多项式将测量区域拟合到大地水准面，然后对高度异常进行插值的方法GPS点的值.

2.2.2确定高程异常的第二种方法

确定高程异常的第二种方法是重力法，它是通过计算附近的地面重力测量数据来解决强水平表面的非线性变化部分而定义的. 在实际应用中，通常使用地球重力模型的数据和数字模型来反映地形起伏的影响以及大地水准面的短波和长波特性. 在工程测量中，使用重力法计算异常高度值是不切实际的.

在实际应用中，由于工程勘测控制网络的范围很小，因此大地水准面似乎变化非常缓慢. 因此，通常通过联合测量GPS点来计算并获得GPS点高程离群值，然后通过平面拟合法通过近似大地水准面来获得GPS点高程离群值. 最后，将大地测量高度转换为正常高度.

3. 鹰汉市GPS高程测量的精度因素

从上面可以看出，GPS测量是接收卫星通过地面设备发射的信息并确定地面点的三维坐标. 测量结果误差受GPS卫星数量，卫星信号传播速度和地面接收设备等因素的影响.

3.1实际卫星分配因子

实际卫星分配因子是影响GPS高程测量精度的重要因素. 在测量平面位置时，可以通过观察时间段并选择卫星来确保卫星基本对称地分布，从而减少或消除测量距离的偏差，由卫星信号传播引起的延迟误差以及其他错误. 影响. 但是，对于高程测量，观察到的卫星基本上都在地平面以上，显示出不对称的分布. 因此，许多系统误差很难很好地消除，这对高程测量的准确性有重要影响.

3.2对流层延迟校正的残差因素

对流层延迟校正的残留误差是另一个影响GPS高程测量精度的重要因素. 在高程测量中，对流层延迟的不正确校正会产生一定的误差，并且高程分量的精度主要受此方面的影响，尤其是较短的基线. 对流层校正的准确性受以下因素影响: 1）对流层延迟校正模型本身的误差； 2）气象要素的计量误差，尤其是气象要素的代表性误差； 3）实际和理想大气条件之间的差异.

3.3卫星星历误差因子

卫星星历误差因子是影响GPS高程测量精度的第三个因子. 目前，由于SA策略，广播星历的准确性有意识地降低了. 因此，卫星星历误差严重影响了GPS高程测量的准确性.

3.4从基线开始的坐标误差因素

基线起点的坐标误差因子是影响GPS高程测量精度的第四个因子. 解析基线向量时，通常将基线向量的一个端点用作起点坐标. 因此，如果基线计算点中存在错误，则基线向量的沉降结果中将存在错误. 例如，如果起点的水平坐标有10m的误差，则基线矢量的高度（长度为10 km）将产生3m的误差.

3.5其他因素

除上述影响因素外，GPS高度测量精度还受到以下因素的影响: 1）接收机天线相位中心偏差； 2）电离层延迟校正残留误差； 3）天线高度测量误差.

4. 如何提高GPS高程测量的精度

4.1提高地球的高精度测量

GPS高程测量的精度受地球的高测量精度影响，而高精度又受多个因素影响. 因此，从以下方面可以提高地球的高测量精度. 首先，提高本地GPS基准线解决方案的起点精度；其次，提高GPS卫星星历的准确性. 然后，选择观察时的最佳卫星分布位置，再选择卫星对称分布状态. 最后，减少对流层延迟校正误差.

4.2提高拟合计算精度

首先，根据观测区域大地水准面的变化，选择一定数量的已知点并合理安排. 其次，根据不同的观察区域，选择合适的拟合模型. 例如，高度差大于100m的观察区域应进行地形校正；对于不同趋势区域的观测区域，应采用分区计算的方法.

4.3采用一种有效且适用的方法来估计高程异常

对于一般的GPS用户，他们希望获得一种简单有效的方法来计算高度异常，而多项式函数拟合是一种更合适的方法.

4.3.1多项式函数拟合方法的数学模型

多项式函数拟合方法的数学模型为:

在公式（1）中，f（x，y）代表拟合大地水准面； e代表错误.

使用二次曲面表示大地水准面:

在公式（2）中，a1表示要确定的系数.

选择此公式的前三个术语，即平面模型. 以上两种类型可以组合为以下类型:

在公式（3）中，每个公共点都可以形成公式（4）. 在（e2）= min的条件下，可以计算出A值，并通过A值可以计算出网络中其余点的异常高度值.

4.3.2多项式函数拟合方法

拟合方法的理论是使用区域GPS网络将准地质准平面视为曲面或平面，并将平面坐标函数f（x，y）用于高程异常. 观测区域中的大地水准面的形状由区域网络中公共点的已知高度异常确定，然后得出其他点的高程异常. 根据式ζ＝ H-h，可以算出各点的法线高度. 显然，通过多项式函数拟合法计算的高度与通过直接水准仪测量的高度属于同一系统，并且不受GPS网络中起点等坐标误差的影响.

4.3.3提高联合测量的几何水平精度

水平仪，也称为几何水平仪，是一种使用水平仪和水平仪测量地面上两点之间的高度差的方法. 通过将水平仪放置在地面上的两点之间，观察水平仪直立在地面上两点上的位置，并根据尺子上的读数计算两点之间的高度差. 通常，水平的起点通常用于检测沿选定水平路线的每个点的高程. 目前，不同高程的水平面不平行，并且根据不同路线测得的两点之间的高度差也不同. 因此，在整理国家水准测量结果时，必须根据所选的标准高度系统进行必要的更正. 要获得正确的海拔高度.

根据科学数据分析，选择第三级几何水平仪来测量GPS点是一种可靠的方法. 在特殊情况下，GPS网络的应用可以使用二等精度水准进行联合测量，方便有效地提高GPS水准的精度.

4.3.4实测实验

图1显示了某个区域的GPS控制网络. 从图中可以看出，控制网络由25个点组成，控制区域为250 km2，并且对控制网络中的所有点都进行了四级水准测试. 通过GPS测量的地球高度和水准测量的正常高度，据此估算的高度异常为ζ. 为了验证公共点数目和公共点分布对拟合结果准确性的影响，本实验共设计并计算了四种方案，其中三种采用平面拟合模型，一种采用平面拟合模型. 二次曲面拟合模型.

解决方案1: 平面模型安装了异常高程. 选择控制网络同一侧上覆盖整个网络1/4区域的三个点，而点20、22和25是公共点.

解决方案2: 平面模型拟合异常高程，并在控制网络的同一侧选择5个点，覆盖整个网络的1/2区域;点17、20、21、23和25是共同点.

解决方案3: 平面模型拟合高程异常gps精确度，并选择在控制网络中均匀分布的3个点；点1、5、19是共同点.

计划四: 二次曲面拟合模型，选择6个均匀分布在网络中的点: 点1、5、13、14、22、25是公共点.

使用上述计算方案，实现了GPS控制网络的高程拟合. 计算后，分析比较结果如表1所示.

以上四种方案的拟合结果如下: 方案一的拟合误差较大；第二种情况3y的拟合误差低于方案一. 方案三和方案四的拟合精度较好. 可以看到，如果观察区域是相对平坦的平原区域，并且GPS网络覆盖区域不大，则选择3到5个均匀分布的水准点，然后选择适合高度异常的平面模型，然后选择正常高度误差足以达到通用几何水准测量公差要求. 如果选择10个或更多均匀分布的水平点gps精确度，则通过二次曲面拟合计算出的通常较高的精度可以满足第四级水平精度的目标和要求.

5. 结论

GPS高程测量技术提供了一种确定大地水准面的新方法，并提高了工作效率. 但是，实际上，GPS高程测量的精度受几个因素影响. 因此，有必要采取措施来提高GPS高程测量的准确性

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