公路高程测量（精选9篇）
公路高程测量 篇1
在我国的经济建设与基本建设过程中, 测量都起到了非常重要的作用。并且在我国的路桥建设与涵洞施工过程中, 测量也得到了广泛的关注。在我国的公路施工过程中, 为寻到最经济、最合理的路线, 首先要进行路线的勘测, 根据测量得到的数据资料进行路线选线。确定路线方案后, 还要进行路线的详细测设, 也就是进行路线的中线测量、纵断面测量、横断面测量、地形测量和有关调查测量等, 以便为路线设计提供准确、详细的外业资料。当设计的施工路线需要跨越河流的状况下, 在对桥梁跨越进行设置之前, 需要对河流两岸的地形图进行先行测绘, 测绘的结果是为了对桥轴线以及河床断面进行精确的确认。进而对桥梁施工设计以及施工方案的选择进行有力的保障。全站仪以其功能全面, 操作直观, 接口丰富, 效率卓著。而在道路施工测量工作中得到了非常广泛的关注。全站仪使用涉及了公路施工的多个方面, 如公路施工过程中的勘测、施工行进过程、竣工验收等多个施工阶段, 对全站仪运用凸显的, 甚至有时规定只有具备全站仪才能从事公路测量。本文讨论全站仪三角高程测量的应用技术。
1 全站仪三角高程测量原理
全站仪三角高程测量的方法有单向观测和对向观测法。
1.1 单向观测
A为已知高程点, B为未知高程点, 现要求出B点高程, 必须观测A、B两点间的高差。将全站仪安置于A点, 量测仪器高将反射棱镜置于B点, 量取棱镜高度。
1.2 对向观测
对向观测是将全站仪置于A点观测B点, 测取高差;再将仪器置于B点观测A点, 测取高差;然后取两高差绝对值的中数作为观测结果。由于对向观测一般是在相同的大气条件下进行的。对向观测可以消除地球曲率和大气折光的影响, 所以, 要想得到更为精准的测量结果需要采用对向观测方法。
2 大气折光系数
提高三角高程测量精度的最大障碍是大气折光问题。多年来, 世界各国测绘部门对大气折光系数K值进行了大量的试验研究。大气折光与多方面的因素有关联, 如气象、所在地区的高程等因素都与大气折光的关系非常紧密, 另外, 光线离地面的高度、季节、时间也是非常重要的影响因素。所出地区的地形条件、地面的覆盖物也同样具有不可小视的影响作用。由于这些因素的影响, 要精确的对折光系数的求证是具有一定的难度的。因此, 在公路工程的施工测量过程中, 要解决精确的折光系数的确定, 需要根据所在地区的观测条件取得一个平均的K值对高差进行求证。
三角高程测量的精度受到多方面因素的影响, 其中, 大气折光系数的影响尤为重要。在进行高程测量的时候, 需要实地测量。如测量实地K值的时候, 需要符合该地区的基本情况;另一个方面, 对方案的选择也是非常关键的, 在进行测量的过程中要选择恰当的方法, 如有利时间观测方法、对向观测、以短视线传递高程等。
3 误差分析
全站仪三角高程测量误差的来源主要有以下四个方面。
3.1 测距误差的影响
全站仪测距误差m, 对高差的影响与竖直角的大小有关, 但从理论计算上和实践中表明, 这种影响一般可以忽略不计。在公路工程的施工测量过程中, 经常使用的全站仪测距精度非常高, 所以高程测量所受测距误差的影响不是很大。
3.2 测角误差的影响
测角误差包括观测误差、仪器误差及外界条件影响。观测误差中, 有照准误差、读数误差及竖盘指标水准管气泡居中的误差等。仪器误差中, 有单指标竖盘偏心误差及竖盘分划误差等。空气对流与能见度都会影响仪器测量, 仪器测量受多方面的影响, 大气折光也会影响到仪器的测量。目前, 侧角精度的一项有利因素就是仪盘没有自动归零的设置。这也是全站仪竖盘的优势。从当前的数据分析可见, 如果竖直角测量中所得到误差大, 随边长的变化, 那么高差也同样会增大, 从中可看到影响比测距误差的影响要大得多。
3.3 大气折光的影响
大气折光影响主要取决于空气的密度。空气密度在一天内从早到晚不定地变化着, 一般认为, 早、晚变化较大, 中午比较稳定, 阴天与夜间空气的密度也较稳定, 所以折光系数是个变数, 通常采用其平均值来计算大气折光的影响, 故计算中采用的系数值是有误差的。
当全站仪采用对向观测, 又对时间有具体要求的情况下, 那么在那么短的时间里, 大气折光系数的变化就是非常不明显的。由此产生的一种对向观测的状况是, 大气折光受到影响会在一定程度上有所下降。在实践的测量过程中, 不管应用怎样的技术与措施, 所取得的大气折光系数都是不尽相同的。
3.4 量高误差
一般容易精确测量到仪器高, 目标高在有些情况下不易测量, 但量高误差对高程的影响却是直接的。作业时, 测量仪器高和棱镜高各两次并精确到1mm, 然后取平均值, 对于单向半测回观测, 一般多采用杆棱镜, 读取杆棱镜高时本身就有2mm的误差, 而立杆棱镜时杆身倾斜又是常有的。假设棱镜杆倾斜3°, 棱镜杆的高度为2m, 将会使棱镜的实际高比量得的高减小3mm, 这项误差将直接进入高差测量结果中。
4 三角高程测量在道路高程控制测量中的应用
通过理论分析与实践证明:
4.1 采用全站仪对向观测法进行道路高程控制测量时, 使竖直角
观测精度在±2〃之内, 测距精度满足Ⅱ级精度标准, 边长控制在1km以内, 并采用三联脚架法, 则高差的观测结果满足四、五等水准测量的精度要求。
4.2 单向观测高差的精度仅能满足五等水准测量的精度要求, 因
而单向观测法只能应用在对精度要求比较低的一般道路的高程控制测量上。
4.3 采用全站仪单向半测回法观测, 若竖盘指标差不超过±7〃,
且棱镜杆的倾斜不超过3°时, 这时所观测到的结果精确度比较高, 能够达到道路中桩高程的测量精密度。系统误差产生一定影响的是在高差的中误差中, 由于这方面的因素, 就要求我们在进行公路三角高程测量的过程中, 要对仪器进行详尽的校正。并且要对竖盘指标差控制在所制定的范围之内, 不能超过所规定的指标差。另一方面要使棱镜杆倾斜不超过3°, 因此观测时应当使梭镜杆上的水准器气泡居中。
参考文献
[1]孔祥元, 梅是义.2002.控制测量学 (上、下) .武汉, 1994.
[2]李征航.现代路桥工程测量[M].哈尔滨:东北林业大学出版社, 2002.
公路高程测量 篇2
1.1.1水准仪使用心得体会
水准仪是用来测量高差的工具，与塔尺配套使用进行测量。水准水准仪各个部件主要分成2部分，一是支架，二是水准仪，而最主要的部分就是水准仪，它又是由目镜，物镜，水平微调，垂直微调等组成。再用水准仪测量之前要对测量任务做出方案，选定测量路线。一般选择闭合水准路线，可以进行最终校核。在使用水准仪的过程中，我们必须要注意正确的的安置仪器，首先我们要架设支架，支架架设完成后，将水准仪固定在支架上，然后进行水准仪的初次调平，初次调平完成后，再对水准仪进行精确调平，这些完成后，我们便可以对目标进行进行测量了，在测量过程中我们还要注意对目标的瞄准，以及目标所对应的读数的读取，如果测量过程中瞄准目标后，目标标尺上的读数不清晰的话，我们可以调节仪器和目标之间的焦距，这样就可以读数了。在读数过程中还会有瞄准数值的十字不清晰的问题，这时我们可以调节目镜上的旋钮。水准仪的使用并不难，只要在使用其进行测量的时候细心操作就可避免很多的错误。在使用其进行测量时应该注意。测量时要先选择仪器架设点，应架设在距要测量的两点距离大致相等处。开始架设仪器，将三角架抽出到胸口高度，并对水准仪进行调平。测量点的高差，要以这两点为起点在他的竖直方向竖起塔尺，尽量不要晃动。读数时要注意读数顺序，先读已知点，再度待测点，并用已知点减去待测点。测量数据要边校核边测量，可以用改变仪高法，在进入下一测站点前一定要进行数据校核，计算。进行内业检查数据，对不在同一数量级，或与平均数据相差较大的很有可能出错。为了避免错误的发生，我们应该认真仔细的进行测量。
1.1.2 测定高程实施方案
一、测定内容
本组测设主要有九个测定点，高程测定点与小组成员人数相同，要求水准测量布置成附合水准路线。
1、测量的工具仪器
1）测量的仪器工具：水准仪、塔尺。2）高程的测量原理：测量高程
3、任务流程
明确测量高差点
通过已知点（B）依次找出其它的待测点1、2、3、4、5、6、7、8、9高程值。 测量与校核
在测量过程中通过二次测量来改变仪器的高度差，来校核高程值。在测设中主要校核方法由“改变仪高法”通过对测量高程值的校核，并对如经过二次测量的不同的测量值，求出h=a-b与h1=a1-b1、求△h=h1-h
(≤±5mm证明此测量高程值合格，反之便为出错)
二、水准路线为附和型水准路线且如下图所示，A9B18624573
三、水准测量具体实施步骤
1：安装水准仪并
一、布置水准路线
整平（在待测两点之间适当安放）使用塔尺对以知B（高程为999.734mm）点进行测量读取后视值为b，然后对1点进行测量读取前视为a，即hB1=a-b，依次方法测量以后两点之间的高度差。
2：利用改变仪高法和步骤1的方法重新测取数据，且在B点测量值为b′，在1点测取数据为a′，即hB′1′=a′-b′,依次方法测量往后两点之间的高度差。
1.1.3测设实施方案
一、测设内容
对所给的高程测设值，分别测出它们的高程值，并加以记录与计算。
二、测量的工具仪器
1）测量的仪器工具：脚架、水准仪、塔尺。2）高程的测量原理：测量高程
三、测定流程
明确测量高差点
四、测量步骤
1）处理仪器
把仪器架设在与A、B距离大致相等的位置，把三角架立到与胸大致平行之处，并固定水准仪与调试仪器平衡。
2）测量读数
测出已知点与仪器的平衡点，然后读数记录。
3）测量过程
在得知已知点的读数后（在得到已知点的基础上），找出相对的1、2、3、4、5、6、7、8、9、的位置。
4）高程差计算：
b=a-hab
1.1.4、任务总结
通过对高程测量的深入学习，使我学会了如何利用水准仪和塔尺在小组成员的帮助下进行测量，虽然其中出现了错误，但在小组成员的帮助还有自己的努力下，终于将错误改正。1）掌握测量学的基础知识，清楚参照面的选择以及地面点定位的概念。2）了解水准面与大地水面的关系。3）明确测量工作的基本概念。4）深刻理解测量工作的基本原则。5）充分认识普通测量学的主要内容
1.1.5高程测量认识、总结
高程测量是我接触到的第一个测量任务，通过这个任务对测量这门技术有了初步的认识，测量并不简单，我还有很多需要学习的地方，还需要加强练习，增加实际经验。
测量不是扛着仪器直接去测，去之前应针对测量任务制定方案，选择适合的仪器。方案指导实际测量，与实际去测同等重要。方案要给出测量路线，测量步骤。方案制定的好可以缩短测量时间，减少出现误差的可能。
我们这组在这次测量中出现了较大的误差，重测了出现出现错误的几个点，最终符合了误差要求。出现错误可能是我们不熟悉仪器，天气不好影响视线，时间晚了着急走后几个点没有按规范步骤操作，原始数据记录错误，后期计算错误等。
公路高程测量 篇3
关键词：三角高程,山区,误差分析,应用
1 概念
三角高程测量简称EDM测高,是利用测得的垂直角和距离推算两点间高差的一种高程测量方法。在地面点所设的测站上测量目标的竖直角以及边长,并且结合丈量的仪器高和目标高,应用三角几何原理公式来推算测站点与目标点的高差,这种地面点之间高差的测量方法称为三角高程测量。现在大多采用全站仪测角测距来确定两点间的高差,称为电磁波测距三角高程测量。
2 三角高程原理
设地面上两点为A,B,在点A安置经纬仪,在点B设置砧标,测得垂直角α,若又量得仪器高i和砧标高t,并已知A,B两点间的水平距离为D,则可确定出高差HAB,如图1所示。
三角高程的计算公式为:
目前一般采用全站仪进行三角高程测量。设测出的斜距为S,则三角高程的计算公式为:
当A,B两点较远时,三角高程需顾及地球曲率和大气垂直折光差的影响,加球气差改正后的公式为:
其中,R为地球半径;k为大气折光系数(通常采用平均值k=0.10~0.16),可由对向观测得到,也可在两已知高程点之间由三角高程观测求得。
3 三角高程的优势
三角高程具有测定高差速度快、简便灵活、不受地形条件限制等优点,特别是在高差较大,水准测量困难的地区较有利。
4 京秦高速公路工程三角高程和四等水准的结合使用
4.1 工程概况
京秦高速公路西与河北省三河市交接,东与河北省玉田市交接,横穿天津市蓟县境内,天津段的总长度为30.2 km,其中前9 km为山区,地势起伏比较大,并且高差很大,时节正值夏季,植被茂盛,通视条件很差。而且起点到9 km处只有一个固定的水准点,没有附合条件,因此采用三角高程测量山区段线路,四等水准测量平面段线路,最终将二者闭合,形成一个自我闭合的水准线路。
4.2 作业过程
三角高程测量采用固定高度棱镜配合全站仪的方法进行测量,利用全站仪操作比较简便,全站仪能够即时测量出距离,保持前视和后视距离相等,使前视和后视距离均控制在60 m以内,而且使用固定高度棱镜可以在不量取仪器高和棱镜杆高的前提下,测量出两点的高差。
以A,B两点为例,将全站仪架设在A,B两点之间,保持全站仪到A,B两点的距离相等,先用盘左观测全站仪和A点的高差N1,再观测全站仪和B点之间的高差N2,N2-N1即为A,B两点之间的高差,同样的方法将全站仪旋转180°,利用盘右进行上述操作,将两次测量的高差值取平均值(采用奇进偶不进)即为A,B两点的高差。
三角高程测量完之后沿邦喜公路、京哈公路、宝平公路进行四等水准测量,并在宝平公路,四等水准测量和三角高程测量进行闭合,其水准路线如图2所示。
4.3 误差分析
经过南方平差易软件计算四等水准与三角高程闭合差为42 mm,小于限差73 mm,并且在相同测站点之间利用三角高程和四等水准测量进行了重复测量,各得出高差值,其具体数值如表1所示。
m
通过表1可以看出四等水准和三角高程相互检验,精度符合规范。
5 结语
水准测量当中经常遇到的难题就是测区只有一个已知点,无法进行附合水准测量,经常采用的方法就是采用两条水准线路,最终闭合到一个点,形成闭合水准线路,再进行计算平差。京秦高速公路由于是山区,采用的是三角高程测量沿着设计线路进行测量,而四等水准测量则是避开山区,沿着公路“绕着测区走”,最终两者闭合于同一个点,形成一个完整的闭合环。所以在以后的工作过程当中,如果遇到一个固定水准点且又是山区的情况下,可以采用三角高程和四等水准两段水准线路相闭合的方法进行水准测量。
参考文献
[1]沈学标.工程测量专业发展的探讨[J].科技资讯,2006(4):37-38.
全站仪测量高程方法 篇4
第一种情况计算公式：高程=H（测站点高程）+i（全站仪高）+h（测量点高差）-I（测量点棱镜高）
第二种情况计算公式：高程=H（后视水准点高程）-h（后视高差）+h（前视高差）+i（后视棱镜高）-I（前视棱镜高）注：一般前后视棱镜设置同样高度。简化公式可以去掉最后两项。
全站仪仪器内计算待测点高程的过程是：
全站仪控制点高程+全站仪高+全站仪发射点与棱镜中点高差-对中杆高度=对中杆控制点高程，比如全站仪架的控制点高程为100m，仪器高1.5m，测得高差显示为8m（假设棱镜头比全站仪发射点高），棱镜高度1.3m，则待测点高程为
100+1.5+8-1.3=108.2m
全站仪测量点高程可以满足一般施工，比水准仪方便，任意建站整平就可开始测量待测点和已知点相对高差，从而快速得出待测点高程。现在桥梁施工盖梁完，就要求接着做垫石，这时水准仪只能从桥头过来，如果距离比较远那就只能拿全站仪测。全站仪测高程开始时先正倒镜各测几个垫石，观察数据稳定时就可以直接用正镜测完。
全站仪测量高程，我拿宾得、徕卡的测过几座桥，从基础施工到铺装，150米内没问题，可以满足施工要求，相对用水准仪测的那几座桥真的很省力。不放心可以拿水准仪复核几个点就可以了。
公路高程测量 篇5
关键词：水准高程,三角高程,GPS高程,精度
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
三角高程测量的基本原理为:。其中，S为两点之间的实地水平距离;i为测站点仪器高;v为照准点觇标高;α为两点间的垂直角观测值;K为大气垂直折光系数。
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。
《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。
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。
参考文献
[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]GB50026-2007,工程测量规范[S].
测量高程系统浅析 篇6
1 国家高程基准
1.1 高程基准面
高程基准面就是地面点高程的统一起算面,由于大地水准面所形成的形体——大地体是与整个地球最为接近的形体,因此通常采用大地水准面作为高程基准面。设想一个静止的海水面向陆地延伸,通过大陆和岛屿形成一个包围地球的封闭曲面,这个曲面就称为水准面。水准面是受重力影响而形成的,是一个处处与重力方向垂直的连续曲面,并且是一个重力场的等位面。大地水准面所包围的地球形体称为大地体。
大地水准面的形状(几何性质)及重力场(物理性质)都是不规则的,不能用一个简单的形状和数学公式表达。大地水准面的严密测定取决于地球构造方面的学科知识,目前尚不能精确确定它。
事实上,海洋受着潮汐、风力的影响,永远不会处于完全静止的平衡状态,总是存在着不断的升降运动,但是可以在海洋近岸的一点处竖立水位标尺,长年累月地观测海水面的升降,根据长期观测的结果可以求得该点处海洋水面的平均位置,人们假定大地水准面就是通过这点实测的平均海水面。
在新中国成立前,我国曾在不同时期以不同方式建立坎门、吴淞口、青岛和大连等地验潮站,得到不同的高程基准面系统。新中国成立后根据基本验潮站应具备的条件,1957年确定青岛验潮站为我国基本验潮站,验潮井建在地质结构稳定的花岗石基岩上,以该站1950年～1956年7月间的潮汐资料推求的平均海水面作为我国的高程基准面。以此高程基准面作为我国统一起算面的高程系统,称为“1956年黄海高程系统”。
从潮汐变化周期来看,确立“1956年黄海高程系统”的平均海水面所采用的验潮资料时间短,还不到潮汐变化的一个周期(一个周期一般为18.61年),同时又发现验潮资料中含有粗差。因此,又根据青岛验潮站1952年～1979年中取19年的验潮资料,计算确定新的国家高程基准面,将这个高程基准面作为全国高程的统一起算面,称为“1985国家高程基准”。
1.2 水准原点
为了长期、牢固地表示出高程基准面的位置作为传递高程的起算点,必须建立稳固的水准原点,用精密水准测量方法将它与验潮站的水准标尺进行联测,以高程基准面为零推求水准原点的高程,以此高程作为全国各地推算高程的依据。我国的水准原点网建于青岛附近,其网点设置在地壳比较稳定,质地坚硬的花岗石基岩上。水准原点网由主点——原点、参考点和附点组成。
“1985国家高程基准”也经国家批准,并从1988年1月1日开始启用,凡涉及高程基准时,尽可能与新布测的国家一等水准网点联测,使用国家一等水准测量成果作为传算高程的起算值,如不便于联测,可在“1956年黄海高程系统”的高程值上改正一固定数值,而得到以“1985国家高程基准”为准的高程值。在“1956年黄海高程系统”和“1985国家高程基准”中,我国水准原点的高程分别为73.289 m,72.260 m。因此两个系统之间点高程的换算公式为:
H85=H56-0.029 m (1)
其中,H85,H56分别为点在新、旧高程系统中的正常高。
2 高程系统
不同的高程基准面决定了不同的高程系统。同一地面点由于选用不同的高程系统,其所对应的高程数值与名称都不同。目前通常用的有大地高、正高、正常高。大地高、正高、正常高之间的关系如图1所示,这里没有考虑垂线偏差的影响,认为地面点P到似大地水准面(大地水准面)的垂线PA(PB)和P点到参考椭球面的法线PC重合。
2.1 大地高系统
由地面点沿通过该点的椭球面法线,到参考椭球面的距离称为大地高,通常以H表示。
大地高程系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。地面某点P的大地高H是地面点P沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。即如图1所示,地面点P的大地高为PC。GPS定位测量获得的是WGS-84椭球空间直角坐标系中的成果,其中的高程值是地面点相对于WGS-84椭球的大地高H。所以利用GPS定位技术,可以直接测定观测站在WGS-84中的大地高。
2.2 正高系统
大地水准面是一组重力等位面(水准面)中的一个,由于水准面之间不平行,所以,过一点并与水准面相垂直的铅垂直线实际上是一条曲线,正高的计算公式为:
其中,∫HggdH为地面点至大地水准面之间的位能差;gm为由地面点沿垂线方向至大地水准面的平均重力加速度。由于gm无法直接测定,所以严格的讲,正高是不能精确确定的。
2.3 正常高系统
由于大地水准面目前尚不能精确确定。为此,前苏联学者莫洛金斯基建议研究与大地水准面很接近的似大地水准面。这个面不需要任何关于地壳方面的假设便可严密确定。似大地水准面与大地水准面在海洋上完全重合,而在大陆上也几乎重合,在山区只有2 m～4 m的差异。似大地水准面不是水准面,只是用以计算的辅助面。
根据前苏联学者莫洛金斯基的理论所建立的正常高系统的公式为:
其中,∫HrgdH为地面点至似大地水准面之间的位能差;rm为由地面点沿垂线方向至似大地水准面之间的平均正常重力值,其表达式为:
其中,r为地球椭球面上的正常重力,其计算公式为:
r=re(1+β1sin2φ-β2sin22φ) (5)
其中,re为椭球轨道上的正常重力值;β1,β2均为与椭球定义有关的系数;φ为地面点的天文纬度。我国目前采用的是1901年～1909年的赫尔默特公式:re=978.030,β1=0.005 302,β2=0.000 007。
2.4 高程系统之间的转换关系
大地水准面到参考椭球面的距离称为大地水准面差距,记为hg;似大地水准面与参考椭球面的距离称为高程异常,记为ζ(图1中的AC)。hg和ζ在海平面处重合,在平原地区相差很小,在高山地区最大相差也不超过4 m。
大地高与正高之间的关系可以表示为:
H=Hg+hg (6)
大地高与正常高之间的关系可以表示为:
ζ=H-Hr (7)
3 结语
大地高程系统是以参考椭球面为基准面的高程系统,正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统,正常高系统是以似大地水准面为基准面的高程系统,这三种高程系统虽然采用的基准面不同,但在各项工程技术方面均有着广泛的应用。
摘要：指出地面点的空间位置是用坐标和高程表示的,高程是表示地球上点的空间位置的三要素之一,不同的高程基准面决定了不同的高程系统,介绍了国家高程基准,对大地高、正高和正常高三种高程系统以及三者之间的转换关系进行了分析,以便更好地为工程建设服务。
关键词：高程系统,高程基准面,大地高,正高,正常高
参考文献
[1]武汉测绘科技大学《测量学》编写组.测量学[M].北京:测绘出版社,2005:8-9.
[2]徐绍诠,张华海,杨志强,等.GPS测量原理及应用[M].武汉:武汉大学出版社,2008:168-169.
[3]王金玲.土木工程测量[M].武汉:武汉大学出版社,2008.
高程测量的精度对比 篇7
1 三角高程测量的误差分析
三角高程测量计算高差的公式是：
1.1 一般三角高程测量误差分析
三角高程测量计算高差的公式是：
式中：h—两点间高差
S—倾斜距离
a—垂直角
假设S与a的中误差分别为ms及ma，根据“一般函数中误差等于该函数按每个观测值所求的偏导数与相应观测值中误差乘积之平方和的平方根”，据这一定论得:
代入式(1)得mh2=±tan2a·m2s+s2·sec4a·m2a (2)
式中ma是以度、分、秒为单位的角度误差，计算中角度必须换算成以弧度为单位，
即:ma=ma-/ρ-其中ρ=206265
在实际测量中，全站仪激光测距S的误差极小(相距1000米误差仅为2～3cm)，一般可忽略不计;
垂直角a的数值一般也很小，此时：
则有:mh=±S·ma-/ρ-
1.2 往返三角高程测量误差分析
三角高程测量中必须往返测量高程，误差传播定律得往返测高差中误差：
代入上式得：
从式说明，当垂直角测量误差ma一定时，三角高程测量高差中的误差与距离成正比，距离越远，误差越大。而提高测距精度，也无法减小测量高差中误差误差。
1.3 附合、闭合多次设站测设高差误差分析
当在两点间进行三角高程测量时，需多次设站测设高差才能附合或闭合时，根据误差传播定律得两点间高差中误差:
因
当三角高程每站测量距离大致相等时，两点间全长距离L:L=S1+S2+…+Sn
即:L=n·s S=L/n
所以M=±12·ma-/ρ-·n·s2=±12·ma-/ρ-·L2/n (6)，从式(6)可看出，当n增大时，中误差M才可能减小些，也就是说，测量距离越短，精度越高。这样，就失去了三角高程测量可减小水准测量工作负荷和提高测量速度的意义。
2 水准高程测量的误差分析
若在两点间进行水准测量，中间共设n站，两点间的高差等于各站的高差和，即：h=h1+h2+…+hn
式中h1、h2、…、hn为各站的高差，若每站的高差中误差为m站，根据误差传播定律，则两点间的高差中误差为:
，式(7)表明，当每站的高差中误差m站一定时，水准测量的高差中误差与测站数的平方根成正比。若每站的距离大致相等，以S表示，则路线全长L为:
将n值代入上式，得:
由于S大致相等，m站在一定的测量条件下，也可视为常数，故可视为定值，用μ表示，即
则：
因此式(9)表明：水准测量的高差中误差与距离全长的平方根成正比。
3 两种高程测量的精度对比
从三角高程测量误差公式(6)与水准高程测量误差公式(7)、(9)中可以看出：
1)在同等距离两点间进行高程测量，三角高程测量误差与距离成正比;而水准高程测量误差与距离的平方根成正比。很显然，水准高程测量精度高于三角高程测量精度。
2)三角高程测量误差与测站数的平方根成反比，测站数越少，误差反而越大;水准高程测量精度与测站数的平方根成正比，测站数越少，误差越小。因此水准测量精度优于三角高程测量精度。
3)两种测量方法均存在水准尺读数误差，因此对m站的大小在此不进行对比分析。
4 结论
从两种高程测量的误差分析可得出结论。全站仪三角高程测量不能因提高测距精度而相应提高高差测量精度，其施测精度远低于水准高程测量。因此，全站仪三角高程测量无法代替普通水准高程测量。只有在精度较低的高程测量中才可使用全站仪三角高程测量。
参考文献
[1]周斌武.应用全站仪进行三角高程测量的新方法[J].甘肃农业, 2005.
公路高程测量 篇8
三角高程测量是指由测站向照准目标观测垂直角和它们之间的水平距离或者斜距, 计算测站点与照准点间高差的一种方法。这种方法以它的测量时间、生产效率、经济效益优于几何水准测量得以广泛应用, 尤其在山区作业, 几何水准测量非常困难, 三角高程测量发挥了很大优势, 解决了几何水准测量难以解决的高程传递问题［1-6］。随着测绘仪器的不断更新, 测量机器人的出现使得三角高程测量精度得到了很大的提高, 通过一些特殊的观测方法, 精密三角高程测量在山区可以代替二等水准测量, 从而进行精密高程控制测量。
1 精密三角高程测量的原理
如图1 所示, 为了测量点A到点B的高差, 在O处安置全站仪、A处安置棱镜, 测得OA的距离SA和垂直角 αA, 从而计算O点处全站仪中心的高程HO:
然后再在过渡点I1处安置棱镜, 测得OI1的距离S1和垂直角 α1, 从而计算I1点处高程H1:
点A和点I1高差为hO1:
然后在下一个转点IO1处架设仪器, 将原A点的棱镜架设到I2, I1处的棱镜旋转与O1处的全站仪对准。同理可计算出I1和2两点高差h12
同理可得第I点与B点的高差hiB为:
点A和点B高差 ΔHAB为:
从式 (6) 可看出, 在求得点A和点B高差的过程中已消去了转点棱镜高, 并且与仪器高无关, 也就不存在量取仪器高的问题, 只需精确量取起点和终点的棱镜高, 从而大大减小了量取仪器高和棱镜高而引起的误差和工作量。
2 精密三角高程测量的精度分析［7-12］
单向观测三角高程测量精度分析高差的计算公式如式 (7) 所示:
式中:
Δh—三角高程测量的高差;
s—仪器到棱镜的斜距;
α—垂直角;
k—大气垂直折光系数, k=1.14;
R—地球平均曲率半径, R=6370km;
i—仪器高;
v—棱镜高。
单向观测三角高程测量高差的误差公式如式 (8) 所示:
从式 (8) 可知, 单向观测三角高程测量高差的误差与距离、垂直角的误差, 大气折光误差和量测仪器高、棱镜高误差有关。其中:
①测距误差对高差的影响与垂直角 α 有关, 一般中短程全站仪的测距精度为mD= (5+5×10-6D) mm, 它对高差精度的影响很小。
②测角误差mα对高差影响随着水平距离的增加成正比例增大, 其影响远远超过测距误差, 是制约高差精度的主要误差来源。
③从大气垂直折光误差mk2的公式可以看出在距离不大时, 其对高差精度的影响很小。
④对于改进的三角高程测量方法, 由于只在起始点量测仪器高、棱镜高, 故只考虑起点和终点的量高误差, 所以式 (8) 中认为可去掉mi2和mv2两项。
故点A与点B之间高差的计算公式为:
点A到点B高差中误差mΔhAB的计算
3 棱镜改进
改进后的觇标如图2 所示。
改进原理如图3 所示。
由几何知识可得:
展开并合并:
有
令
则
令l=100m, β=10°, a=0.04m。求得 Δ≤2″。因此在实际测量中, 在一定条件下可不计 Δ, 认为 (β+v) /2= α, 所以在一个测站中测角中误差为:
由于
因此可以通过对棱镜的改进, 提高测角的精度。
4 应用实例
采用GTS-602AF全站仪和改进后的棱镜。GTS-602AF全站仪的测角精度为2″, 测距精度为± (2mm+2ppmD) 。按照表1的技术要求对一个闭合路线进行观测。
在河南理工大学新校区, 笔者测了1.3km的一个闭合环, 测段数为6, 最后结算的闭合差为0.4mm, 符合二等水准测量的限差要求4.65mm (±D1/2) 。
5 结论
这种精密三角高程测量的新方法, 其优点是仪器可以任意设站, 只需量取始终两点的目标高, 减少了误差来源, 提高了精度, 还提高了工作效率。其和传统的水准测量相比, 在交通不便的山区, 具有便于布设测线和提高施测速度的优越性。因此, 在一定条件下, 精密三角高程测量可以替代二等水准测量。
参考文献
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[11]葛忠土.精密三角高程在大瑶山隧道二等水准测量中的应用[J].铁道勘察, 2009 (35) :22-25.
GPS高程测量的探讨 篇9
近年来, 随着城市化建设的不断加快, 之前的许多测量点位被破坏, 并且有一些点位还受到了沉陷与地震活动的影响, 国家高程的建立基础为测量点位。所以我国许多地区的高程系统存在不可靠或是直接不存在。近年来, 随着GPS技术的快速发展, 大地测量与GPS技术得到了有效的结合, 并且制定了一些新的标准与规定, 许多高程测量作业都能够在花费较低的情况下采用GPS完成, 可直接或是间接的节约大量高程测量经费。
1 GPS测高原理—以高程系统为例
1.1 正高系统
正高系统是一种以大地水准面为基准面的高程系统, 地面某一点的正高是该点至通过该点的铅垂线与大地水准面之间的距离, 该点的水准面与大地水准面的重力位能差值不会随着路线的变化出现变化, 所以正高是唯一确定的一种数值, 能够用于表示地面点的高程。但由于地壳内部的重力加速度无法通过实际测量获得, 并且与地壳质量分布与密度存在紧密的关联, 所以无法通过精确的计算得出, 由此可知, 正高无法精确的求定。
1.2 正常高系统
由于正高无法精密的求出, 导致大地水准面也无法确定, 所以地面点与椭球面之间的高程也无法求出, 测量成果就无法精确的归算至椭球面上。在正常情况下, 椭球表面与外部点之间的重力加速度能够精确的计算, 其数值不会随着水准路线的变化而出现差异, 是唯一确定的。正常高系统是一种以似大地水准面为基准面的高程系统, 虽然似大地水准面没有水面性质, 正常高也不存在物理意义, 但似大地水准面较接近大地水准面, 两者之间的差距很微小, 在平均海水面上为零, 在平原地区也只有几厘米的差距, 西藏高原最大达到3.0m。由此可知, 正常高的数值较接近正高, 并且还能够严格求出, 所以在实际工作中具有十分重要的作用。
1.3 大地高系统
大地高系统主要是指以参考椭球面为基准面的一种高程系统, 具体如图1所示。
某点p的大地高是该点至通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点Q之间的距离, 从实际情况来看, 大地水准面与椭球面重合通常不会出现重合的现象, 当地面点p沿着铅垂线投影至大地水准面p0时, p与p0之间的距离为正高H正。然后将点p0沿着法线投影至椭球面上得到Q0, p0与Q0之间的距离则为大地水准面差距N, 此时的地面点大地高H为H=H正+N。此外, 似大地水准面与椭球面也不会重合, 两者之间的高程差为高程异常, 一般采用ζ表示。此时的大地高H为H=H常+ζ;ζ可以依据重力资料直接计算, 并且也可以通过“天文重力水准”方法求出。
2 GPS测高的方法
2.1 GPS水准高程
2.1.1 等值线图法
(1) 绘等值线图法:这是最早的GPS水准方法, 其原理为:假设在某一个区域有m个GPS点, 采用几何水准联测其中n个点的正常高, 然后依据GPS观测得到的点的大地高, 求出n个已知点的高程异常, 之后选择合适的比例尺, 按照n个已知点的平面坐标, 将其绘制在图纸上, 并且标注相对应的高程异常, 最后再用1~5cm的等高距绘出测区的高程异常图。在完成上述操作之后, 在绘制的高程异常图上插出未联测几何水准的 (m-n) 个点的高程异常, 以求出这些点多正常高。 (2) 依据高程异常图或是大地水准面差距图, 分别查出各个点的高程异常ζ或者是大地水准面差距hg, 之后在分别计算出正常高H和正高Hg。
2.1.2 解析内插法
当GPS点布设为测线时, 可采用以下曲线内插法求出待求点的正常高, 原理为:依据测线上已知点的平面坐标与高程异常, 采用数值拟合的方式, 拟合出测线方向的似大地水准面曲线, 然后再内插出待求点的高程异常, 最后求出点的正常高。
2.1.3 曲面拟合法
当GPS点布设为网状时, 可以采用曲面拟台法拟合测量区域内的似大地水准面。一般情况下, 曲面拟合法主要包括多项式曲面拟合法、多面函数拟合法。
2.1.4 高程拟合法
高程拟合法通常在高程异常变化较平缓的地区应用。对于高程异常变化情况相对强烈的地区, 此种方法的准确度存在一定的限制, 高程异常的已知点无法将高程异常点的特征真实的表现出来。在实际应用过程中, 通常以在水准点上设置GPS点或是对GPS点进行水准联测的方式进行, 为了获得好的拟合结果, 应当采用数量较多的已知点, 并且还需确保其分布的均匀性。
2.1.5 分区拟合法
如果拟合区相对较大, 可运用分区拟合法, 即为将整体GPS网划分为多个区域, 然后通过各区域中的已知点分别拟合出该区域范围内各点的高程异常值, 进而确定其正常高。
2.1.6 加权平均拟合法
通过网中的GPS与水准重合点, 能够得出各点的高程异常ζ。对于拟合点上的高程异常, 当拟合点与已知点之间的距离越近时, 影响的程度会越来越高, 通常采用距离或是距离平方的倒数定权。此种拟合法的编程相对简单, 计算速度也相对较快, 使用也较为便利, 是当前使用最多的一种算法。
2.2 GPS重力高程
一般情况下, GPS重力高程是一种通过重力资料求出定点的高程异常, 然后结合GPS求得的大地高, 求出正常高的方式。基于我国当前情况, GPS重力高程的精度明显低于GPS水准高程, 所以, 采用重力场模拟与GPS水准结合的方式是一种有效的方式。
2.3 GPS三角高程
GPS三角高程是一种在GPS点上加测各个GPS点之间的高度角, 并采用GPS求得的边长, 计算GPS点之间的高差, 以求出GPS点的正常高的一种方式。
3 GPS测高在工程中的应用
3.1 GPS测高用于地形测量实例分析
图2与图3是湖南省工程勘察院所承担的湖南省娄底市2011年基础测绘所布设的GPS控制网和水准路线图 (注:湖南省娄底市地形属于平原重丘区) 。
3.2 GPS控制成果 (见表1)
经湖南省质检站核查GPS控制网的精度完全满足平面控制精度的要求。
3.3 GPS测高成果分析
通过GPS测得的高程成果是通过高程拟合法得出的, 具体措施为: (1) 在测区范围内布设均匀的水准点, 其中涉及一些国家控制点。 (2) 将水准点作为GPS控制点进行GPS测量, 以求出其大地高H。 (3) 结合水准成果资料与GPS成果资料, 求出布设点的高程异常值。 (4) 将求得的点作为已知点, 然后采用高程拟合法进行相应的计算, 以求出其他点的高程。
4 结束语
综上所述, 通过采用GPS测量取代之前的水准测量, 可大幅提升成果质量, 整体作业过程还能够通过微电子技术与计算机技术进行有效的控制, 并且还能实现自动记录、自动数据预处理、自动平差计算的目的。通过采用GPS技术测高, 能够有效降低劳动作业强度, 作业效率可达到常规测量的3倍以上。
参考文献
[1]于景杰.GPS高程测量误差探讨[J].黑龙江水利科技, 2010 (38) :82.
[2]舒晓明.GPS高程测量代替三、四等水准测量探讨[J].中国水运月刊, 2010 (10) :123~126.