傳統(tǒng)高程測量方法與GPS 高程測量的比較分析

李志超 賈雷曉 李時華

(1.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計研究院，陜西西安 710043;2.中煤國際工程集團(tuán)北京華宇工程有限公司，河南平頂山 467000;3.南陽市交通基本建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，河南南陽 473000)

工程測量中傳統(tǒng)的高程測量方法有水準(zhǔn)測量和三角高程測量，它們是現(xiàn)在工程測量中常用的高程測量方法，但其勞動強(qiáng)度大、效率非常低。GPS控制測量技術(shù)具有精度高、速度快、全天候作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于工程的平面控制，而其測定的高程精度則相對較低。本文通過對山區(qū)的三角高程、平原地的水準(zhǔn)高程與相應(yīng)的GPS高程的對比，分析了GPS高程可以應(yīng)用的環(huán)境和精度，從而提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。

1 高程測量的方法

1.1 GPS高程

GPS高程是利用幾何方法，通過若干個已知點(diǎn)的高程異常在一定的數(shù)學(xué)模型下求出未知點(diǎn)的高程異常，從而利用求出的高程異常和直接測量到的大地高來確定未知點(diǎn)的正常高。

影響GPS高程精度的因素有GPS網(wǎng)的平面精度、高程起算點(diǎn)的誤差、星歷誤差、多路徑效應(yīng)、天線誤差、擬合計算誤差等。

1.2 水準(zhǔn)測量

水準(zhǔn)測量又名“幾何水準(zhǔn)測量”，是用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺測定地面上兩點(diǎn)間高差的方法。在地面兩點(diǎn)間安置水準(zhǔn)儀，觀測豎立在兩點(diǎn)上的水準(zhǔn)標(biāo)尺，按尺上讀數(shù)推算兩點(diǎn)間的高差，通常由水準(zhǔn)原點(diǎn)或任一已知高程點(diǎn)出發(fā)，沿選定的水準(zhǔn)路線逐站測各點(diǎn)的高程。水準(zhǔn)尺的垂直度、儀器的穩(wěn)定性、觀測者的技術(shù)水平等是對水準(zhǔn)測量精度的主要影響。

1.3 三角高程測量

三角高程測量精度的影響因素和水準(zhǔn)測量精度的影響因素大致相同，有儀器精度、儀器穩(wěn)定性、觀測者技術(shù)水平、觀測方法等。

2 傳統(tǒng)高程測量與GPS高程測量成果比較

2.1 水準(zhǔn)測量成果與GPS高程測量成果比較

為了分析GPS高程的精度，在西安市某遺址地形測量的高程控制測量中分別進(jìn)行了水準(zhǔn)測量和GPS擬合高程測量，并將兩者進(jìn)行了比較。測區(qū)采用二級GPS網(wǎng)，采用4臺華測X90型GPS接收機(jī)同步觀測，利用邊連接的方式進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，在各GPS點(diǎn)上有效觀測衛(wèi)星數(shù)穩(wěn)定在4顆星以上，每時段采集時間均在40 min以上。在高程擬合時固定GPS網(wǎng)兩端和中部的已知高程點(diǎn)作為高程約束條件進(jìn)行平差處理，平差結(jié)果各項指標(biāo)均符合《工程測量規(guī)范》要求。水準(zhǔn)測量采用附合水準(zhǔn)測量的方式進(jìn)行測量和平差，路線長度 =12.606 km，高差閉合差 = －17.69 mm，限差 =±20×sqrt(12.606)= ±71.01 mm，符合《工程測量規(guī)范》要求。水準(zhǔn)測量高差與GPS高差比較見表1。

表1 水準(zhǔn)測量高差與GPS高差比較表

《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》中規(guī)定，三等水準(zhǔn)測量檢測已測高差之差不能大于(R為測段長度)，四等水準(zhǔn)檢測已測高差之差不能大于，從表中可看到有4個水準(zhǔn)高差與GPS高差的互差大于三等水準(zhǔn)測量檢測已測高差之差的限差，沒有一個互差大于四等水準(zhǔn)測量檢測已測高差之差的限差。如果在測區(qū)范圍小的工程中，合理布設(shè)GPS控制網(wǎng)、合理選用高程起算點(diǎn)和選用適合的高程擬合模型，用GPS高程代替四等水準(zhǔn)是可以滿足一般工程的需要的。

2.2 三角高程測量與GPS高程測量成果比較

在國內(nèi)某民用機(jī)場地形測量工程中，對部分控制點(diǎn)的高程同時測量了三角高程和GPS高程，對兩者進(jìn)行比較。測區(qū)采用二級GPS網(wǎng)，采用4臺天寶R8型GPS接收機(jī)同步觀測，利用邊連接的方式進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，在各GPS點(diǎn)上有效觀測衛(wèi)星數(shù)穩(wěn)定在4顆星以上，每時段采集時間均在40 min以上。對高程擬合時固定GPS網(wǎng)兩端和中部的已知高程點(diǎn)作為高程約束條件進(jìn)行平差處理，平差結(jié)果各項指標(biāo)均符合《工程測量規(guī)范》要求。三角高程測量采用索佳SET230RK型全站儀進(jìn)行往返對向觀測，并加距離和氣象改正，各項指標(biāo)均未超規(guī)范要求后，取往返數(shù)據(jù)的平均值作為測段高差。三角高程高差與GPS高差比較見表2。

表2 三角高程高差與GPS高差比較表

此民用機(jī)場在丘陵地區(qū)，布設(shè)控制點(diǎn)均在丘陵包頂，視野開闊、無遮擋，GPS觀測條件非常好，從表中可以看出三角高程與GPS高程的高差互差都在《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》中四等水準(zhǔn)檢測高差限差范圍之內(nèi)。小范圍工程在類似條件下，只要合理設(shè)計、嚴(yán)格控制，GPS擬合高程完全可以達(dá)到四等水準(zhǔn)測量的要求。

3 結(jié)語

GPS擬合高程相比傳統(tǒng)高程測量方法具有速度快、效率高等特點(diǎn)，但是在大范圍高程控制測量中由于多路徑效應(yīng)和高程異常等因素的影響，GPS擬合高程還是不能夠完全達(dá)到工程測量的需要;可是在測區(qū)范圍小的、測區(qū)內(nèi)高差不大的工程中，只要對控制網(wǎng)的布設(shè)、控制點(diǎn)的埋設(shè)、控制點(diǎn)的觀測、模型的選取和數(shù)據(jù)的處理等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行合理的設(shè)計和嚴(yán)格的控制，用GPS擬合高程代替四等水準(zhǔn)，甚至三等水準(zhǔn)，是完全可以滿足一般工程需要的。

［1］ 雒養(yǎng)社，馬 超.GPS擬合高程精度分析［J］.中國煤田地質(zhì)，2007，19(3):77-79.

［2］ 馮雪巍，盧吉鋒.山區(qū)靜態(tài)GPS控制網(wǎng)擬合高程精度分析［J］.河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2009(4):30-32.

［3］ 張鳳舉，張華海.控制測量學(xué)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2006.

［4］ GB 50026-2007，工程測量規(guī)范［S］.

［5］ GB/T 12898-2009，國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范［S］.