李志超 賈雷曉 李時(shí)華

(1.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西西安 710043;2.中煤國(guó)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(yáng)市交通基本建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，河南南陽(yáng) 473000)

工程測(cè)量中傳統(tǒng)的高程測(cè)量方法有水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量，它們是現(xiàn)在工程測(cè)量中常用的高程測(cè)量方法，但其勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率非常低。GPS控制測(cè)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(cè)定的高程精度則相對(duì)較低。本文通過(guò)對(duì)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(duì)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(cè)量的方法

1.1 GPS高程

GPS高程是利用幾何方法，通過(guò)若干個(gè)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(cè)量到的大地高來(lái)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(jì)算誤差等。

1.2 水準(zhǔn)測(cè)量

水準(zhǔn)測(cè)量又名“幾何水準(zhǔn)測(cè)量”，是用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺測(cè)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(cè)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(cè)各點(diǎn)的高程。水準(zhǔn)尺的垂直度、儀器的穩(wěn)定性、觀測(cè)者的技術(shù)水平等是對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量精度的主要影響。

1.3 三角高程測(cè)量

三角高程測(cè)量精度的影響因素和水準(zhǔn)測(cè)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(cè)者技術(shù)水平、觀測(cè)方法等。

2 傳統(tǒng)高程測(cè)量與GPS高程測(cè)量成果比較

2.1 水準(zhǔn)測(cè)量成果與GPS高程測(cè)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(cè)量的高程控制測(cè)量中分別進(jìn)行了水準(zhǔn)測(cè)量和GPS擬合高程測(cè)量，并將兩者進(jìn)行了比較。測(cè)區(qū)采用二級(jí)GPS網(wǎng)，采用4臺(tái)華測(cè)X90型GPS接收機(jī)同步觀測(cè)，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(cè)衛(wèi)星數(shù)穩(wěn)定在4顆星以上，每時(shí)段采集時(shí)間均在40 min以上。在高程擬合時(shí)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(xiàng)指標(biāo)均符合《工程測(cè)量規(guī)范》要求。水準(zhǔn)測(cè)量采用附合水準(zhǔn)測(cè)量的方式進(jìn)行測(cè)量和平差，路線長(zhǎng)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(cè)量規(guī)范》要求。水準(zhǔn)測(cè)量高差與GPS高差比較見表1。

表1 水準(zhǔn)測(cè)量高差與GPS高差比較表

《國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》中規(guī)定，三等水準(zhǔn)測(cè)量檢測(cè)已測(cè)高差之差不能大于(R為測(cè)段長(zhǎng)度)，四等水準(zhǔn)檢測(cè)已測(cè)高差之差不能大于，從表中可看到有4個(gè)水準(zhǔn)高差與GPS高差的互差大于三等水準(zhǔn)測(cè)量檢測(cè)已測(cè)高差之差的限差，沒有一個(gè)互差大于四等水準(zhǔn)測(cè)量檢測(cè)已測(cè)高差之差的限差。如果在測(cè)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(cè)量與GPS高程測(cè)量成果比較

在國(guó)內(nèi)某民用機(jī)場(chǎng)地形測(cè)量工程中，對(duì)部分控制點(diǎn)的高程同時(shí)測(cè)量了三角高程和GPS高程，對(duì)兩者進(jìn)行比較。測(cè)區(qū)采用二級(jí)GPS網(wǎng)，采用4臺(tái)天寶R8型GPS接收機(jī)同步觀測(cè)，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(cè)衛(wèi)星數(shù)穩(wěn)定在4顆星以上，每時(shí)段采集時(shí)間均在40 min以上。對(duì)高程擬合時(shí)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(xiàng)指標(biāo)均符合《工程測(cè)量規(guī)范》要求。三角高程測(cè)量采用索佳SET230RK型全站儀進(jìn)行往返對(duì)向觀測(cè)，并加距離和氣象改正，各項(xiàng)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(cè)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(chǎng)在丘陵地區(qū)，布設(shè)控制點(diǎn)均在丘陵包頂，視野開闊、無(wú)遮擋，GPS觀測(cè)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(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》中四等水準(zhǔn)檢測(cè)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(jì)、嚴(yán)格控制，GPS擬合高程完全可以達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

GPS擬合高程相比傳統(tǒng)高程測(cè)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(cè)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(cè)量的需要;可是在測(cè)區(qū)范圍小的、測(cè)區(qū)內(nèi)高差不大的工程中，只要對(duì)控制網(wǎng)的布設(shè)、控制點(diǎn)的埋設(shè)、控制點(diǎn)的觀測(cè)、模型的選取和數(shù)據(jù)的處理等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)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(guó)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(bào)，2009(4):30-32.

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

［4］ GB 50026-2007，工程測(cè)量規(guī)范［S］.

［5］ GB/T 12898-2009，國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范［S］.