高程测量

高程测量（共11篇）

高程测量 篇1

传统的高程测量方法为水准测量, 它是一种直接测高法, 测定高差的精度较高, 但受地形起伏限制, 外业工作量大, 施测速度慢。随着测量技术的发展, 特别是全站仪的广泛应用, 距离测量简便, 而且精度高, 因此三角高程测量已经广泛应用于各类生产当中。它不受地形起伏的限制, 且施测速度快, 特别适合山区作业。但是, 三角高程的测量精度很难达到三等水准测量的精度要求。

1工程概况

我单位承建的十天高速公路H-C30标段起讫里程为K423+650-K427+220.144, 合同段主线长3.57km, 连接线长6.27km。主要工程有大中桥13座, 涵洞32座, 隧道1座。本项目工程位于陕西秦巴山地略阳县境内, 北依秦岭, 南临大巴山, 由陇山余脉、秦岭和巴山组成, 是中生代末以来全面隆起的褶皱山地地形。该测区为典型的山区地形, 总体地势南北高, 中间低, 区内山高林密, 植被茂密, 地形复杂。且每相邻两控制点被白河阻隔, 无路可走, 通行条件很差, 因此不可能用几何水准的方法联测高程。鉴于此, 我们选用了三角高程代替三等水准测量的方法。

2引起三角高程测量误差的因素分析

在实际测量中三角高程通常是利用在测站上观测目标的垂直角α、距离S (改正后斜距) 以及量取的仪器高i、目标高v和球气差p、f, 计算出它们的高差h。

从上式可以看出影响高差h的精度有测距边S、垂直角α、仪器高i、目标高v、气差f。其中的测距边S、仪器高i、目标高v、气差f在测量过程中比较容易控制。垂直角α在理想状态下观测视线不产生折射, 对垂直角没有影响。但是, 实际因为空气密度不均匀, 三角高程测量中受大气折光的影响, 是影响三角高程误差的主要来源。

3作业过程中提高精度的技术措施

由于垂直角及距离是三角高程测量的主要的观测要点, 均通过电磁波来完成测量, 众所周知, 电磁波穿过大气的过程中, 其折射率及波速会发生变化。测量时为使误差将至最低, 提高精度, 需注意以下几点:

3.1工作作风一定要严谨, 特别是对向观测应精确照准目标, 并准确地读数, 否则容易导致对向观测较差超限。

3.2因为是根据肉眼视觉来观测垂直角的, 每个人的人眼感光敏感度都各不相同, 所以一定要同一个人进行观测。

3.3因为每台仪器发出的电磁波的频率波长都有各自的特点, 而且所有的仪器具有不同的灵感度, 因此, 一定要使用同一台仪器完成测量工作。

3.4一般日出后一小时和日落前一小时, K值几乎是零, 中午前后没有太大的变化, K值往往在阴天都比较稳定, 最好在边长和垂直角观测时间较适合的条件下进行多作业。

3.5同一天内, 若风速和气温等发生变动, K值会随之变化, 若有较大的天气变化反差 (如高温炎热忽降骤雨) , 作业最好停止, 因为K值在这种情况下极不稳定。

3.6观测活动在大气湍流较小时进行为宜, 因为望眼镜视场内的目标易受到大气湍流的影响而发生剧烈跳动, 十字丝无法准确地照准, 垂直角的观测精度也会随之下降, 最好采取措施防止这种情况的发生。

3.7对向观测取平均是一种效果较好, 且可靠、稳定的数据处理措施, 获得的高程平差值往往具有较高的精度。

3.8三角高程测量也会受到地球曲率的影响, 我们可在两点上分别安置仪器进行对向观测, 并计算各自所测的高差取其绝对值的平均值来消除地球曲率的影响, 对向观测还能将垂直角观测误差的影响减小倍。

4高程控制的施测与平差

本次三角高程测设控制网线采用闭合环线。DA353为已知控制点, 353-1, 353-2, 353-3为加密水准点 (如图1) 。

4.1观测仪器

野外观测使用的测量仪器为徕卡TS02—2″。测距精度2m m+2ppm, 仪器经鉴定后的加、乘常数分别为:a=0.96m m, b=-109×10-6m m。

4.2观测过程

4.2.1仪器和棱镜架设好以后, 量取仪器高i和棱镜高V。

V、i是直接量取的数据, 根据规范和实际测量经验, 仪器高和棱镜高在用经过检验的量杆在观测前后各量测两次, 观测前或后量取的数据较差不大于2mm, 取中数后观测前后中数较差不大于1m m, 测量前后中数的中误差能够保1m m精度。

4.2.2读取测站的气象数据。

在测距之前, 必须测量气象数据即温度和气压值。温度计应悬挂在测站附近, 离开地面和人体1.5m以外的阴凉处, 读书前摇动数分钟;气压表要置平, 指针不应滞阻。观测测站的气温和气压值后, 将其输入全站仪, 全站仪自动对测距边进行气温和气压的改正。

4.2.3观测斜距。

采用对向观测的方法进行斜距的观测, 单程观测两测回, 每测回读数四次。一测回读数较差不超过3mm, 单程测回较差不超过5m m, 往返测较差不超过2m m。

4.2.4观测垂直角。

采用中丝法测垂直角, 测量规范中规定, 三角高程用中丝法观测时, 垂直角应观测四测回, 光学测微器两次读数不应大于3″, 垂直角测回差和指标差均不应大于7″, 在实际测量中垂直角测回差和指标差多数都不大于5″, 我们可以确定垂直角测回差和指标差均不应大于5″。为了保证观测的精度, 因为地面附近空气密度变化较大, 视线离地面越近, 影响越大, 应尽可能提高视线高度, 选择有微风的天气观测, 以便减弱大气折光影响。

按同样的操作程序转至下一站, 对相邻站进行观测, 这样每两站之间都进行了往返观测, 直至完成全部野外观测工作。

4.3内业数据处理

4.3.1对观测数据的处理:

(1) 取测站垂直角各测回观测值的平均值作为测站的垂直角观测值;

(2) 取测站斜距各测回观测值的平均值为测站的斜距观测值;

(3) 对测量的斜距进行加、乘常数改正:

S1为经过加、乘常数改正后的斜距;

S为斜距观测值;

△S为加、乘常数改正值;

a由全站仪鉴定求得的加常数值。

b由全站仪鉴定求得的乘常数值。

(4) 由斜距和垂直角计算高差:

式中V为测站与镜站之间的高差;

S1为经过加、乘常数改正后的斜距;

α为竖直角;

i为仪器高;

v为棱镜高;

R为地球曲率半径, 取6370000m;

K为大气折光系数, 取0.14。

联合公式 (1) , (2) , (3) 计算高差。结果见表1。

4.3.2平差计算

对三角高程控制网采用独立控制网进行平差, 高程起算点为DA353。高程闭合差为3.4m m。平差后各加密点的高程见表2。

4.4精度分析

此三角高程网闭合路线共长1.866km, 高差环线闭合差:f=3.4m m, 小于±16.4m m (三等水准要求小于等于) , 满足三等水准高程测量技术要求。

5结束语

本次三角高程测量的施测、数据处理结果满足三等水准测量的闭合差要求, 故只要在施测过程中掌握其中关键的技术条件, 就能使其测量精度达到三等水准测量的精度要求。从而使三角高程测量在地势陡峭, 地形复杂的地区代替三等水准测量, 提高工作效率。

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。

水深测量中的高程精度探讨 篇3

关键词：RTK 测深仪 高程精度

1 概述

高精度的RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。这几年来RTK在工程放样、地形测图，各种控制测量已经得到了广泛的应用，在水深测量中也得到越来越广泛的推广。测深仪是利用回声探测原理根据声波的传输速度和时间计算水深。RTK和测深仪的出现彻底取代了传统的交会定位、测深杆测水深的测量方式，大大减少了测量人员的劳动强度。它的自动化程度高，精度高，受天气影响因素小，极大的提高了工作效益。RTK和测深仪测水深主要有无验潮和验潮两种测量方式。下面将分别介绍这两种测量方式的测量原理及高程精度控制。

2 验潮方式和无验潮方式测量原理

如图所示，hr为RTK接收机高程，h为水面到RTK接收机的高度（杆高），Z0为测深头到水面高度（吃水），Z为测深头到水底高度，hs为水面高程（水位）。Zm位水底高程。则：

验潮：Zm=hs-（Z0＋Z） （1）

无验潮：Zm=hr-h-（Z0＋Z） （2）

根据上述公式：要控制水深测量的精度就要控制RTK接收机高程hr，水位hs，测量深度Z的精度。吃水Z0和杆高h是定值，只要设置准确即可。

3 验潮方式和无验潮方式测量精度分析

3.1 验潮方式测量方法 根据公式（1），要控制Zm精度，就要控制水位hs、测量水深（Z0＋Z）的精度。水位hs即水面高程，应该是测量点的实时水面高程。由于收外界环境的影响，水面的高程是时刻变化的，而且无规律。要想精确测定每一点的高程是不可能的。但很多因素对水位影响很小，可以忽略不计。经分析，主要是波浪、潮汐、水流流速等因素对水位影响较大。波浪是由于起风、气压变化或水流的撞击造成水面上下起伏，这就使得hs忽大忽小，而且这种变化毫无规律。这时要控制Zm的精度就应当增加验潮站观测次数，如果这时水位变化超过测量限差就应当停止测量，选择风浪较小的时段再测量。潮汐是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，这个运动也是水面上下起伏，不过这种起伏周期较长，变化有一定的规律，这时只有增加验潮站观测次数，水深后处理时，分时段改正，就能保证水位的测量精度。水流流速是指水流质点在单位时间内所通过的距离。水要流动，就得有高差，这就使得河流上下游水位不一样。水流得快，上下高差就大，hs变化也随之增大，反之则小。但这种变化一般是均匀的。这时要保证水位测量精度就要在河流上下游多增设验潮站数量，水深后处理时，分段该正。测深仪测量水深（Z0＋Z）的精度主要受测深仪的影响。要想测深数据可靠，就要正确安置测深杆的位置，准确设置好测深仪的声速，增溢，吃水Z，发射功率等。并且要经常用测深杆测量水深和测深仪测的水深比较，如果超过限差，要及时找到原因，排除故障。

3.2 无验潮方式测量方法 根据公式（2），要控制Zm精度，就要控制RTK高程hr、测量水深（Z0＋Z）的精度。RTK高程hr：虽然目前RTK平面精度很高，以达到2cm的精度，但由于高程异常的区域性，高程转换模型还不够完善，高程精度一直没得到很好的解决。目前RTK坐标转换方法主要有七参数的三维坐标转换法和平面坐标由相似变换、高程由拟合得到的三维分离法。七参数法可以同时得到某个点的平面坐标和高程，一般能控制10公里的测量范围，但要求至少四个已知控制点且均匀分布在测区内，还要先在控制点上做静态GPS，得到控制点的WGS84坐标，才能求解七参数。费时费力，在水上测量上用得很少。三维分离法是通过两种不通的转换分别得到某一点的平面坐标和高程信息。一般能控制3到4公里的测量范围，无需做静态GPS，只要求两个已知控制点就可以求转换参数。但这样的转换参数精度较低，尤其是高程精度。遇到高程异常比较大的地区，这样的参数只能控制2公里的测量范围。若超过控制范围，要重新找离测区近的高程点校核，才能保证RTK的高程测量精度。水面到RTK接收机的高度h为定值，只有测量无误，在软件内设置准确即口。测深仪测量水深（Z0＋Z）的精度影响因素同无验潮方式测深仪测量水深。

4 结论

通过对以上两种测量方式的高程精度影响因素的分析、比较和平时测量经验总结得出：

4.1 验潮方式测量水深适合水面相对平静的水域。如风浪比较小的水库、湖泊、内河航道。对于流速比较大的测区，可增加验潮站数量和观测次数，这样才能保证测量水深准确。

4.2 无验潮方式测量水深于水位变化无关，受外界影响因素较小。而且省去了设立验潮站的工作，受到越来越广泛的推广。但由于RTK高程精度的限制，只能选择在高程点附近测量。如果测区离高程控制点比较远了。要及时用高程点进行重新校核。

对于是选用无验潮方式测量还是验潮方式测量，应根据测区的范围、气候情况、水位变化情况和控制点分布情况，综合考虑，才能在保证水深测量精度的前提下，提高工作效率。

参考文献：

[1]赵建虎，周丰年，张红梅.船载GPS水位测量方法研究.测绘通报.2001年.

[2]乔仰文等.GPS卫星定位原理及其在测绘种的应用.教育科学出版社.

[3]张振军等.RTK测量精度评定方法研究.测绘通报.2007年1月.

高程测量 篇4

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].

全站仪测量高程方法 篇5

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。

高程测量 篇6

关键词：RTK；控制测量；高程；精度分析

1 引言：GPS实时动态差分测量（REAL TIME KINEMATIC）简称RTK，是将计算机技术、数字通讯技术、无线电技术、GPS定位技术融为一体的技术。它的接收机分为基准站和流动站两个部分。RTK一般用等于或多于5颗卫星到基站和流动站的相位进行测量。

GPS RTK定位技术是一种高效的定位技术，基准站根据该点的准确坐标求出其到卫星的距离改正数并将这一改正数发给流动站，流动站根据这一改正数来改正其定位结果，从而大大提高定位精度。RTK的关键技术主要是初始整周模糊度的快速解算，数据链实现数据传输的高可靠性和强抗干扰性【1】。

近几年，GPS RTK测量技术以其高精度、全天候、多功能、实时动态、操作简便等特点飞速发展，时下已风靡全国。其RTK高程还在理论探讨和实际摸索中，对其误差的分析研究，也引起了广大测量工作者的广泛关注。

2 RTK控制测量

2.1 测区位置概况

以攀枝花市单元经堂片区1：500数字化地形测图RTK控制测量为例，测区位于西区格里坪镇经堂村，龙庄路以东、攀枝花电子科技学校以西；金沙江和丽攀高速以北；青冈林以南。测区坡度较大，地形属山地，其海拔为1012—1150米，山坡坡度一般在6°—25°之间，金沙江边有超25°的地形，地势较为陡峻。

测区首级控制直接利用D级GPS点4点（高程为三等水准高程）和一个三等水准点施测一级GPS点；一级GPS点采用RTK方式布设21点，控制面积5㎞2，各点高程采用四等水准测量布设。

2.2施测方法

测区采用华测GPSX10接收机，基准站设在测区中间一建筑物顶，四周无高大建筑物遮挡和电磁波干扰。用GPS观测手簿把基准站和流动站设置为相同参数；坐标系CGCS-2000，中央子午线设置为102°，无转换，水平平差无、高程平差无。以此观测已知点和布设的一级GPS点坐标与已知点地方平面坐标和85高程分别进行转换，求得一级GPS点的地方平面坐标和拟合85高程。

根据设计要求对布设的一级GPS点进行四等水准联测，求得各点的85高程。为RTK控制测量高程精度分析做好数学基础。

2.3误差来源

2.3.1 RTK测量误差来源。RTK测量的误差来源按其生产源可分4大部分：

1）与卫星有关的误差，主要包括卫星的星历误差和SA、AS影响以及时钟模型误差。

2）同传输途径有关的误差，因为GPS向地面传播数据时要经过大气层，因此，信号传播误差主要是信号通过电离层和对流层的影响。此外，还有信号传播的多路径效应。

3）与接收机有关的误差，主要包括接收机的时钟误差、位置误差、天线相位中心偏差以及几何图形强度误差。

4）与测站有关的误差，主要包括测站坐标的精度、数据转换模型的科学性、作业方式。

从上述误差来源看，按其性质可分为系统误差与偶然误差两大类。其中系统误差虽然对点位的定位结果有很大的影响，但其有一定的规律性可循，可采取一定的措施加以消除【2】。本文讨论的是与测站有关的误差。

2.3.2 RTK施测的高程误差。首先分析一下RTK所测高程和水准测量高程的区别，GPS 测量求得的原始坐标是WGS-84坐标（B，L，H）大地纬度，大地精度，大地高。而我国水准测量是采用1985国家高程基准，以似大地水准面为起算面，最后是以正常高作为使用的高程。因为测量原理不同，两种测量的起算面不同，所以两种高程值之间存在高程异常，即大地高=正常高+高程异常。所以如果使用GPS要达到水准测量要求的正常高的值，必须要求提高大地高和高程异常值的精度，而精确的求出高程异常就是关键所在。

2.4确保RTK测量精度方案

RTK技术是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的，由基准站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给用户站，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。因此，RTK测量高程的精度主要取决于高程转换参数的精度、基准站高程精度和观测精度。

2.4.1采用最优转换参数。合理选择求取校正参数的控制点，提高高程转换参数的精度：

1）选择测区四周及中心且较均匀分布的5个控制点求取参数，控制点范围位于RTK测量半径范围内，避免拟合水准面从一端向另一端无限制的外推【3】。

2）剔除影响高程精度较大的已知控制点，采用转换残差值较小、精度越高的转换参数为高程拟合依据。

2.4.2提高流动站的观测精度。提高流动站的观测精度主要有如下方式：

1）尽量減少天线安置和高量取误差，其对中误差不应大于1 mm，天线互为120°方向量取的高差应小于3mm【4】。

2）控制点周围应无遮挡，没有大型建筑物、大型反射面和强电磁波干扰源的位置。

3）应按RTK测量技术规范要求，流动站与基准站的直线距离应小于等于5km，以消弱电离层折射和对流层折射的影响。

4）流动站与基准站之间的共同锁定卫星截止高度角大于 15°的个数不少于5颗；在进行每一个待测点观测前，都要对流动站重新进行数据初始化，重新建立数据连接通道，并得到固定解。

5）采集足够的观测数据，每次观测历元数应大于20个，各次测量的高程较差应满足≤±4cm要求后取中数作为最终结果【5】。

2.4.3减少基准站误差影响。根据测区范围和已知点的相对位置，基准站选择无明显的大面积信号反射物和 15°倾角以上无大片障碍物的测区建筑物顶，为减少多路径效应和信号遮蔽的影响，未在已知点上设置基准站，增加数据链作用距离，加快初始化速度。同时应注意：

nlc202309080840

1）电台按约定的工作频率进行数据链设置，以避免与其它频率串频。

2） 减少基准站的对中误差，其与流动站安置和量取高度方法一致。

3） 多次获取基准站坐标，变化小于2cm时，取平均值作为流动站观测起算值，减少不同时日间的观测误差，提高参数的相吻性。

3 高程精度分析

单元经堂测区所有RTK控制点均联测了四等水准高程，新布设控制点的四等水准高程与RTK测量高程、点间四等水准平差高差与RTK测量高差进行比较，来分析RTK测量的高程精度【6】。

3.1 高程中误差

由城市测量规范可知，四等水准点的高程中误差应小于±2.0㎝，设RTK测量的高程具有相同的精度±2.0㎝，代入式（2）得较差中误差允许值mh=±2.8㎝；四等水准点最弱点的高程中误差不得大于±2.0㎝的规定，设RTK测量的高程具有相同的精度±2.0㎝，代入式（4）得较差中误差mΔh=±2.9㎝。当限差小于2倍中误差时，可以认为RTK测量高程能够满足四等水准测量要求【6】。

3.2 精度统计

根据单元金堂测区21个控制点进行比较统计见表1：

通过表1可以计算出高程较差最大误差2.9㎝，平均误差为1.1㎝，中误差为1.3㎝，可以说明RTK拟合高程很接近水准观测高程；高差较差最大误差2.7㎝，平均误差为1.2㎝，中误差为1.4㎝。可以得出，在严格控制各项误差情况下，RTK测量高程精度优于±2.0㎝，甚至高于±1.5㎝；点间高程相对精度优于±2.0㎝，甚至高于±1.5㎝。说明RTK测量的高程精度达到四等水准测量精度。

总结：本文主要讨论RTK在定位测量中产生的高程误差和精度分析，并通过测区试验，比较RTK采集的控制点高程数据与四等水准测量高程数据。根据试验情况，切实深入了解RTK的诸多误差来源，提出较佳的RTK观测精度方法。

由于本文讨论的测区范围较小，使用RTK分别与测区四周的水准点联测高程，利用“COSAWIN98控制测量数据处理软件包”求取转换参数的功能，直接求取高程拟合；只要已知高程精度高、分布好，联测点个数达4个以上，求得的拟合参数就更准确；当控制面积越大、地形起伏越大，联测的点数应适当增加。

综上所述，只要严格控制各项误差及选用合理作业方法，RTK测量技术可获得高精度的测量成果，高程精度能够达到四等水准测量的精度。控制点的选用与高程拟合有着密切而直接的关系，这些内容涉及到大量的布设经典测量控制网的知识，文中未做讨论。

参考文献

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[2] 郭守祥.RTK技术在控制测量中的误差及精度控制[J].甘肃科技，2007.

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[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB/T 18314-2009 全球定位系统（GPS）测量规范[S].

[5] 中国国家标准化管理委员会.CHT2009-2010 全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范[S].

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部.CJJ/T 8-2011城市测量规范[S].

[7] 孙清，郑南山.GPS—RTK高程测量代替四等水准测量的实践J].中国新技术产品，2011（15期）.

高程测量 篇7

(1) 视线短、实施速度慢、劳动强度大。

(2) 沿江很多标石为满足工程需要埋设在房顶上, 水准不易到达, 造成很多此类控制点具备较高的平面精度而无相应等级的高程成果, 限制了其工程应用。

(3) 沿江高程引据点由于线路、测次的不同, 造成左、右岸部分标石高程成果存在系统差, 大的将近有40mm, 为了弱化系统差造成的两岸成果的互异性, 常使用跨江水准对两岸水准网实施连测, 费时耗力。

使用EDM (电磁波测距) 测高, 可以部分解决上述问题, 但由于EDM (电磁波测距) 测高几乎都是在近地面大气层中进行的, 其折光系数随时随地都在变化, 且变化的幅度对测高精度的影响很大, 对向EDM (电磁波测距) 测高, 在理论上可以抵消折光的影响, 但由于一般常规对向EDM (电磁波测距) 观测往往很难做到同步进行, 在搬站的过程中, 测边范围内的折光条件已经发生改变, 这种改变受多种复杂因素的影响, 由此产生的精度损失, 限制了三角高程测量的应用。随着近几年同步对向EDM (电磁波测距) 三角高程测量研究的深入, 同时使用两台全站仪器进行适当的改装, 实现严格意义上的同步对向观测同步对向观测。并对对向观测的边长和天顶角等观测要素进行一系列的改化和计算, 能使三角高程测量能够比较稳定地接近或达到二等水准测量的精度。基于此项研究而研发的同步对向EDM测高系统将在以后的河道高程控制中起到巨大作用。

同步对向EDM测高系统主要有2台经过改装的全站仪, 及经过严格测量长度的的棱镜杆及配套棱镜组成。全站仪提把上安装有2个棱镜, 棱镜中心严格控制在全站仪垂直轴线上, 一只正向安装, 一只面反向安装。其中正向棱镜是两台全站仪以正镜对向观测时使用, 反向棱镜2是两台仪器以倒镜对向观测时使用。这样可保证在对象观测时, 两台全站仪均可在正倒镜状态下进行测边作业。全站仪选用角分辨率达1秒以上并具备有自动目标识别 (ATR) 功能。通过同步使用二台仪器对向观测来大幅削弱大气折光的影响至忽略不计的范围。在一个测段上对向观测的边为偶数条边, 同时在测段的起、末水准点上立高度恒定的棱镜杆, 这样可完全避免量取仪器高和觇标高。观测过程中须限制观测边的长度和高度角, 以减少相对垂线偏差的影响。。两台全站仪在观测时严格保持同步。

1 数据处理

同步对向EDM测高中要考虑到同步往返所测高差的处理和大地天顶距和观测天顶距的转换, 并考虑垂线偏差影响, 最后得到正常高。

如图1所示, 1p、p2为架站点, 相对于参考椭球面的大地高为1h和2h, Z为大地天顶距。视线两端点在椭球上的投影以m和n表示。椭球中心O, 旋转轴通过极P。椭球法线端点在旋转轴上的位置以1n和2n表示, 而mP和nP是子午线。

单向观测高差的计算公式

同样反向观测

对向观测, 取之差的平均值

经以足够的精度进行变换后得

由大地天顶距变换为观测天顶距, 并顾及大气垂直折光对观测天顶距的

考虑仪器高和目标高, 则有

最后确定正常高

(7) 式中前5项相当于应用几何水准所得的高差。第4项是大气垂直折光的影响, 当同时对向进行天顶距观测时, 可认为对向观测的高差受大气垂直折光的影响很小或不受大气垂直折光的影响, 即1k=k2。第5项是垂线偏差影响, 当沿视线方向的垂线偏差随距离而均匀变化, 这时可认为对向观测的高差受垂线偏差影响很小或不受垂线偏差影响。第6项为正常高改正。

2 工程应用

某高程控制网位于重庆市某河段, 本河段属于典型山区河流, 垂直温差大。水准点大多位于江边两岸山上, 高差大, 道路难行。水准线路布置及施工困难, 并多处跨江。二岸原布设有二等高程控制网, 由于工程需要, 需要经常进行复测, 水准工作量巨大。故使用EDM (电磁波测距) 测高系统代替二等几何水准完成二等高程控制网的复测。系统使用2台经过改装的徕卡TCA2003全站仪, 并安装了自动测量软件, 测前对两台仪器的响应时间做过测试, 确保在观测时二台仪器能保持同步观测。对仪器把手上的棱镜中心与仪器垂轴重合度进行严格调试。实施过程严格控制边长在500m以内, 以减弱垂线偏差的影响。实际操作中最大边长为481.32m, 最大天顶距为7.8m。每站观测4个测回。测前、测后记录仪、镜站的干、湿温和气压。整个路线包括一条大环线, 7条水准支线, 总长度为22km。路线上下高差超过150m。整个环线以洞BM2为起点, 形成一条闭合环线和7条支线。外业实施共耗时2个工作日, 测段成果经过换算后按路线长定权实施网平差。使用最后所得成果和同期使用二等水准复测的成果进行比较, 较差见表1。

按测段往返差统计的每公里测量的全中误差为1.8mm。环闭合差为3.2mm。可以说明在极端恶劣的测区条件下, 同步对向EDM (电磁波测距) 测高成功地代替二等几何水准测量。

3 结语

(1) 同步对向EDM (电磁波测距) 测高能大幅削弱大气折光的影响至忽略不计的范围, 由此能大大提高EDM (电磁波测距) 测高的精度及可靠性。

(2) 此方法能轻松实现500m以内的跨江水准, 并达到二等跨江水准精度, 实施效率高。

(3) 在水网、沼泽和山区等观测条件极度恶劣的地区和日出、日落和近午等成像恶劣的时段下都可以保持稳定的工作, 有着很强的适应性。

参考文献

[1]周建红, 刘世振.精密三角高程测量方法探讨[J].科技创新导报, 2010 (15) :90～91.

高程测量的精度对比 篇8

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.

三角高程测量新方法探讨 篇9

目前全站仪已广泛应用于道路工程测量中。全站仪集电子经纬仪、光电测距仪和数据记录于一体, 其测距和测角精度大大提高, 这使全站仪用于道路高程测量成为可能;同时, 全站仪进行道路高程测量观测速度快, 效益高;并且以不同的观测方法观测分别能满足不同的道路高程测量的精度。

经过长期摸索, 笔者总结出一种新的方法进行三角高程测量。这种方法融合了水准测量和三角高程测量的优势, 施测过程结合了水准测量任意置站的特点, 减少了测量时引入仪器高、棱镜高所带来的误差来源, 使三角高程测量精度进一步提高, 同时使得施测过程更为简单、方便、快捷, 对一些工程测量有重要意义。

1 三角高程测量原理

如图1所示, 为了测量A、B两点的高差, 在O处设置全站仪, V为棱镜高, I为仪器高, 设测站点处高程为H0, 而计算得A点处的高程HA为:

不改变棱镜的高度, 重新将棱镜安置于B点处测得测站至B点棱镜到全站仪视准轴的高差为H2, 而可以测得B点高程HB为:

根据三角形的几何关系可知

式中:S为测站到棱镜的斜距;a2为竖直角。根据式 (1) 、式 (2) 和式 (3) , 可得点A和点B的高差为:

因此可得, A, B两点高差HAB与两点之间的竖直角大小有关, 与仪器高和棱镜高无关, 所以可以通过这种多余观测的原理消除在三角高程法测量高差时因仪器高和棱镜高测量的误差所带来的高程测量误差, 从而提高高程测量的精度。

当两点间距离大于400m时, 应考虑地球曲率和大气折光对高差的影响。设地球半径为R (R=6 371km) , 两点间的水平距离为D, 则两项综合影响的改正数f及改正后的高差h′AB可按下式计算:

式中:f=0.43D2/R, 为地球曲率和大气折光对高差的影响系数。

2 三角高程测量新方法的操作过程

(1) 全站仪置于任意一点, 但所选点位要求能与已知高程点和待测高程点上的固定高度的棱镜通视。

(2) 先用仪器照准已知高程点, 测出平距和垂直角, 计算出水平视线高程值。

(3) 用同样的方法照准待测点, 测出平距和垂直角。

(4) 将所得数据代入公式 (4) 或公式 (5) 中, 计算待测点的高程。

3 三角高程测量新方法的理论分析

理论上讲影响三角高程测量精度的误差来源主要有:垂直角观测误差、已知高程点和待测高程点之间的边长误差、大气折光误差、仪器高和棱镜高的测量误差。

从新、旧三角高程测量的方法对比分析可知, 边长误差、垂直角观测误差影响近似相等。大气折光误差, 当两点之间的距离越远, 误差越大。而新三角高程测量则是将全站仪安置与于两点之间, 分别进行瞄准, 使大气折光误差的视线距离缩短, 提高了测量精度。仪器高和棱镜高量取时产生的粗差, 是使观测高差出现大误差的主要原因, 而应用三角高程测量新方法在整个测量过程中, 不必量取仪器高和棱镜高, 不必要求已知高程点和待测高程点之间通视, 减少了粗差, 使测量的精度进一步提高。

4 三角高程测量新方法与传统测量方法的比较分析

4.1 新方法与传统三角测量误差比较

使用同一台全站仪, 采用传统的三角高程测量和三角高程测量新方法对不同的5个已知高程点进行观测, 其中误差见表1。

(±mm)

综上分析, 基于视线三角高程测量的新方法同传统三角高程测量法在误差方面比较, 精度平均可以提高50%左右。

4.2 新方法与传统三角测量高差精度比较

在只考虑水准仪置平、瞄准和读数3项主要误差的情况下, 三等水准测量一个测站的高差测量精度为:

根据等级水准测量对视距长度的要求, 为保证新方法能替代相应等级水准测量, 当竖直角不超过25°时, 用2″全站仪使用新方法进行三角高程测量, 当前视或者后视距离不超过350m时, 其一个测站的高差测量精度可以达到三等水准测量精度要求;考虑到距离太长时地球曲率与折光的影响以及通信联系与搬站、跑尺等时间问题, 前、后视距离以不超过300m为宜。

5 小结

三角高程测量新方法在测量上要求丝毫不改变仪器高和棱镜高, 并且前后测量的花杆和棱镜必须是同一套, 这样才可以做到免仪器高和免棱镜高的测量, 测出待测点的高程。测出的结果从理论上分析比传统的三角高程测量精度更高, 因为它减少了误差来源。整个过程不必用钢尺量取仪器高与棱镜高, 也就减少了这方面造成的误差。同时需要指出的是, 在实际测量中, 棱镜高还可以根据实际情况改变, 只要记录相对于初值增大或减小的数值, 就可在测量的基础上计算出待测点的实际高程。

摘要：三角高程测量是一种常用的高程测量方法, 但在测量过程中, 由于要量取仪器高、棱镜高, 测量误差加大。为满足工程需要, 通过对三角高程原理进行分析, 提出三角高程测量的新方法, 分析了其测量原理、使用过程以及优势, 该方法对三角高程测量在工程测量中的应用将起到一定推进作用。

关键词：三角高程测量,原理,操作过程,理论分析

参考文献

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[6]孔凡文, 林峰.应用三角高程测量替代水准测量的可行性分析与实践[J].采矿技术, 2009, 9 (4) :38-39.

GPS高程测量的探讨 篇10

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.

对三角高程测量方法的分析 篇11

随着全站仪的广泛使用, 使用跟踪杆配合全站仪测量高程的方法越来越普及, 使用传统的三角高程测量方法已经显示出了他的局限性。经过长期摸索, 总结出一种新的方法进行三角高程测量。这种方法既结合了水准测量的任一置站的特点, 又减少了三角高程的误差来源, 同时每次测量时还不必量取仪器高、棱镜高。使三角高程测量精度进一步提高, 施测速度更快。

1 三角高程测量的原理

通过观测两点间的水平距离和天顶距 (或高度角) 求定两点间高差的方法。它观测方法简单, 不受地形条件限制, 是测定大地控制点高程的基本方法。

三角高程测量的基本原理如图, A、B为地面上两点, 自A点观测B点的竖直角为α1.2, S0为两点间水平距离, i1为A点仪器高, i2为B点觇标高, 则A、B两点间高差为

h1.2=S0tga1.2+i1-i2

上式是假设地球表面为一平面, 观测视线为直线条件推导出来的。在大地测量中, 因边长较长, 必须顾及地球弯曲差和大气垂直折光的影响。为了提高三角高程测量的精度, 通常采取对向观测竖直角, 推求两点间高差, 以减弱大气垂直折光的影响。

2 三角高程测量的传统方法

如图2所示, 设A, B为地面上高度不同的两点。已知A点高程HA, 只要知道A点对B点的高差HAB即可由HB=HA+HAB得到B点的高程HB。

图中:D为A、B两点间的水平距离a为在A点观测B点时的垂直角i为测站点的仪器高, t为棱镜高HA为A点高程, HB为B点高程。V为全站仪望远镜和棱镜之间的高差 (V=Dtanа) 。

首先我们假设A, B两点相距不太远, 可以将水准面看成水准面, 也不考虑大气折光的影响。为了确定高差hAB, 可在A点架设全站仪, 在B点竖立跟踪杆, 观测垂直角а, 并直接量取仪器高i和棱镜高t, 若A, B两点间的水平距离为D, 则hAB=V+i-t

这就是三角高程测量的基本公式, 但它是以水平面为基准面和视线成直线为前提的。因此, 只有当A, B两点间的距离很短时, 才比较准确。当A, B两点距离较远时, 就必须考虑地球弯曲和大气折光的影响了。这里不叙述如何进行球差和气差的改正, 只就三角高程测量新法的一般原理进行阐述。我们从传统的三角高程测量方法中我们可以看出, 它具备以下两个特点:

a.全站仪必须架设在已知高程点上。

b.要测出待测点的高程, 必须量取仪器高和棱镜高。

3 三角高程测量的新方法

如果我们能将全站仪象水准仪一样任意置点, 而不是将它置在已知高程点上, 同时又在不量取仪器高和棱镜高的情况下, 利用三角高程测量原理测出待测点的高程, 那么施测的速度将更快。如图1, 假设B点的高程已知, A点的高程为未知, 这里要通过全站仪测定其它待测点的高程。首先由 (1) 式可知:

上式除了Dtanа即V的值可以用仪器直接测出外, i, t都是未知的。但有一点可以确定即仪器一旦置好, i值也将随之不变, 同时选取跟踪杆作为反射棱镜, 假定t值也固定不变。从 (2) 可知:

由 (3) 可知, 基于上面的假设, HA+i-t在任一测站上也是固定不变的, 而且可以计算出它的值W。

这一新方法的操作过程如下:

a.仪器任一置点, 但所选点位要求能和已知高程点通视。

b.用仪器照准已知高程点, 测出V的值, 并算出W的值。 (此时与仪器高程测定有关的常数如测站点高程, 仪器高, 棱镜高均为任一值。施测前不必设定) 。

c.将仪器测站点高程重新设定为W, 仪器高和棱镜高设为0即可。

d.照准待测点测出其高程。

4 三角高程测量的新方法正确性判定

下面从理论上分析一下这种方法是否正确。结合 (1) , (3)

HB′为待测点的高程

W为测站中设定的测站点高程

D′为测站点到待测点的水平距离

а′为测站点到待测点的观测垂直角

从 (4) 可知, 不同待测点的高程随着测站点到其的水平距离或观测垂直角的变化而改变。

将 (3) 代入 (4) 可知:HB′=HA+i-t+D′tanа′ (5)

按三角高程测量原理可知

将 (3) 代入 (6) 可知:HB′=HA+i-t+D′tanа′+i′-t′ (7)

这里i′, t′为0, 所以:

由 (5) , (8) 可知, 两种方法测出的待测点高程在理论上是一致的。也就是说我们采取这种方法进行三角高程测量是正确的。