傳統高程測量方法與GPS 高程測量的比較分析

李志超 賈雷曉 李時華

(1.機械工業勘察設計研究院，陜西西安 710043;2.中煤國際工程集團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工程質量監督站，河南南陽 473000)

工程測量中傳統的高程測量方法有水準測量和三角高程測量，它們是現在工程測量中常用的高程測量方法，但其勞動強度大、效率非常低。GPS控制測量技術具有精度高、速度快、全天候作業等優點，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。本文通過對山區的三角高程、平原地的水準高程與相應的GPS高程的對比，分析了GPS高程可以應用的環境和精度，從而提高工作效率和經濟效益。

1 高程測量的方法

1.1 GPS高程

GPS高程是利用幾何方法，通過若干個已知點的高程異常在一定的數學模型下求出未知點的高程異常，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的正常高。

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

1.2 水準測量

水準測量又名“幾何水準測量”，是用水準儀和水準尺測定地面上兩點間高差的方法。在地面兩點間安置水準儀，觀測豎立在兩點上的水準標尺，按尺上讀數推算兩點間的高差，通常由水準原點或任一已知高程點出發，沿選定的水準路線逐站測各點的高程。水準尺的垂直度、儀器的穩定性、觀測者的技術水平等是對水準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測量精度的影響因素大致相同，有儀器精度、儀器穩定性、觀測者技術水平、觀測方法等。

2 傳統高程測量與GPS高程測量成果比較

2.1 水準測量成果與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行了水準測量和GPS擬合高程測量，并將兩者進行了比較。測區采用二級GPS網，采用4臺華測X90型GPS接收機同步觀測，利用邊連接的方式進行外業數據采集，在各GPS點上有效觀測衛星數穩定在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網兩端和中部的已知高程點作為高程約束條件進行平差處理，平差結果各項指標均符合《工程測量規范》要求。水準測量采用附合水準測量的方式進行測量和平差，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《工程測量規范》要求。水準測量高差與GPS高差比較見表1。

表1 水準測量高差與GPS高差比較表

《國家三、四等水準測量規范》中規定，三等水準測量檢測已測高差之差不能大于(R為測段長度)，四等水準檢測已測高差之差不能大于，從表中可看到有4個水準高差與GPS高差的互差大于三等水準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測量檢測已測高差之差的限差。如果在測區范圍小的工程中，合理布設GPS控制網、合理選用高程起算點和選用適合的高程擬合模型，用GPS高程代替四等水準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

在國內某民用機場地形測量工程中，對部分控制點的高程同時測量了三角高程和GPS高程，對兩者進行比較。測區采用二級GPS網，采用4臺天寶R8型GPS接收機同步觀測，利用邊連接的方式進行外業數據采集，在各GPS點上有效觀測衛星數穩定在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網兩端和中部的已知高程點作為高程約束條件進行平差處理，平差結果各項指標均符合《工程測量規范》要求。三角高程測量采用索佳SET230RK型全站儀進行往返對向觀測，并加距離和氣象改正，各項指標均未超規范要求后，取往返數據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

此民用機場在丘陵地區，布設控制點均在丘陵包頂，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、四等水準測量規范》中四等水準檢測高差限差范圍之內。小范圍工程在類似條件下，只要合理設計、嚴格控制，GPS擬合高程完全可以達到四等水準測量的要求。

3 結語

GPS擬合高程相比傳統高程測量方法具有速度快、效率高等特點，但是在大范圍高程控制測量中由于多路徑效應和高程異常等因素的影響，GPS擬合高程還是不能夠完全達到工程測量的需要;可是在測區范圍小的、測區內高差不大的工程中，只要對控制網的布設、控制點的埋設、控制點的觀測、模型的選取和數據的處理等各個環節進行合理的設計和嚴格的控制，用GPS擬合高程代替四等水準，甚至三等水準，是完全可以滿足一般工程需要的。

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

［2］ 馮雪巍，盧吉鋒.山區靜態GPS控制網擬合高程精度分析［J］.河北工程技術高等專科學校學報，2009(4):30-32.

［3］ 張鳳舉，張華海.控制測量學［M］.北京:煤炭工業出版社，2006.

［4］ GB 50026-2007，工程測量規范［S］.

［5］ GB/T 12898-2009，國家三、四等水準測量規范［S］.