传统高程测量方法与GPS 高程测量的比较分析

李志超 贾雷晓 李时华

(1.机械工业勘察设计研究院，陕西西安 710043;2.中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司，河南平顶山 467000;3.南阳市交通基本建设工程质量监督站，河南南阳 473000)

工程测量中传统的高程测量方法有水准测量和三角高程测量，它们是现在工程测量中常用的高程测量方法，但其劳动强度大、效率非常低。GPS控制测量技术具有精度高、速度快、全天候作业等优点，已被广泛用于工程的平面控制，而其测定的高程精度则相对较低。本文通过对山区的三角高程、平原地的水准高程与相应的GPS高程的对比，分析了GPS高程可以应用的环境和精度，从而提高工作效率和经济效益。

1 高程测量的方法

1.1 GPS高程

GPS高程是利用几何方法，通过若干个已知点的高程异常在一定的数学模型下求出未知点的高程异常，从而利用求出的高程异常和直接测量到的大地高来确定未知点的正常高。

影响GPS高程精度的因素有GPS网的平面精度、高程起算点的误差、星历误差、多路径效应、天线误差、拟合计算误差等。

1.2 水准测量

水准测量又名“几何水准测量”，是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。在地面两点间安置水准仪，观测竖立在两点上的水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差，通常由水准原点或任一已知高程点出发，沿选定的水准路线逐站测各点的高程。水准尺的垂直度、仪器的稳定性、观测者的技术水平等是对水准测量精度的主要影响。

1.3 三角高程测量

三角高程测量精度的影响因素和水准测量精度的影响因素大致相同，有仪器精度、仪器稳定性、观测者技术水平、观测方法等。

2 传统高程测量与GPS高程测量成果比较

2.1 水准测量成果与GPS高程测量成果比较

为了分析GPS高程的精度，在西安市某遗址地形测量的高程控制测量中分别进行了水准测量和GPS拟合高程测量，并将两者进行了比较。测区采用二级GPS网，采用4台华测X90型GPS接收机同步观测，利用边连接的方式进行外业数据采集，在各GPS点上有效观测卫星数稳定在4颗星以上，每时段采集时间均在40 min以上。在高程拟合时固定GPS网两端和中部的已知高程点作为高程约束条件进行平差处理，平差结果各项指标均符合《工程测量规范》要求。水准测量采用附合水准测量的方式进行测量和平差，路线长度 =12.606 km，高差闭合差 = －17.69 mm，限差 =±20×sqrt(12.606)= ±71.01 mm，符合《工程测量规范》要求。水准测量高差与GPS高差比较见表1。

表1 水准测量高差与GPS高差比较表

《国家三、四等水准测量规范》中规定，三等水准测量检测已测高差之差不能大于(R为测段长度)，四等水准检测已测高差之差不能大于，从表中可看到有4个水准高差与GPS高差的互差大于三等水准测量检测已测高差之差的限差，没有一个互差大于四等水准测量检测已测高差之差的限差。如果在测区范围小的工程中，合理布设GPS控制网、合理选用高程起算点和选用适合的高程拟合模型，用GPS高程代替四等水准是可以满足一般工程的需要的。

2.2 三角高程测量与GPS高程测量成果比较

在国内某民用机场地形测量工程中，对部分控制点的高程同时测量了三角高程和GPS高程，对两者进行比较。测区采用二级GPS网，采用4台天宝R8型GPS接收机同步观测，利用边连接的方式进行外业数据采集，在各GPS点上有效观测卫星数稳定在4颗星以上，每时段采集时间均在40 min以上。对高程拟合时固定GPS网两端和中部的已知高程点作为高程约束条件进行平差处理，平差结果各项指标均符合《工程测量规范》要求。三角高程测量采用索佳SET230RK型全站仪进行往返对向观测，并加距离和气象改正，各项指标均未超规范要求后，取往返数据的平均值作为测段高差。三角高程高差与GPS高差比较见表2。

表2 三角高程高差与GPS高差比较表

此民用机场在丘陵地区，布设控制点均在丘陵包顶，视野开阔、无遮挡，GPS观测条件非常好，从表中可以看出三角高程与GPS高程的高差互差都在《国家三、四等水准测量规范》中四等水准检测高差限差范围之内。小范围工程在类似条件下，只要合理设计、严格控制，GPS拟合高程完全可以达到四等水准测量的要求。

3 结语

GPS拟合高程相比传统高程测量方法具有速度快、效率高等特点，但是在大范围高程控制测量中由于多路径效应和高程异常等因素的影响，GPS拟合高程还是不能够完全达到工程测量的需要;可是在测区范围小的、测区内高差不大的工程中，只要对控制网的布设、控制点的埋设、控制点的观测、模型的选取和数据的处理等各个环节进行合理的设计和严格的控制，用GPS拟合高程代替四等水准，甚至三等水准，是完全可以满足一般工程需要的。

［1］ 雒养社，马 超.GPS拟合高程精度分析［J］.中国煤田地质，2007，19(3):77-79.

［2］ 冯雪巍，卢吉锋.山区静态GPS控制网拟合高程精度分析［J］.河北工程技术高等专科学校学报，2009(4):30-32.

［3］ 张凤举，张华海.控制测量学［M］.北京:煤炭工业出版社，2006.

［4］ GB 50026-2007，工程测量规范［S］.

［5］ GB/T 12898-2009，国家三、四等水准测量规范［S］.