全站仪水准测量与GPS高程测量对比
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摘要：随着现代科技的快速发展，GPS技术的应用越来越广泛，为现在各项社会与科学活动节省了很多工作量，本文主要探讨了GPS水准高程代替低等水准测量的可行性，从而达到减少野外水准测量的工作量的目的。采用高程拟合模型对检核点进行拟合，由相邻拟合点的拟合高程较差及拟合正常高与已知点高程较差代替水准测量的高差观测值，组成gps水准混合网进行平差，并将其精度与三四等水准测量精度指标进行比较。
Abstract: with the rapid development of modern science and technology, the application of GPS technology is more and more extensive, for now the social and scientific activities save a workload, this paper mainly discussed the GPS level elevation low level the feasibility of measuring instead, so as to reduce the level of the purpose of measuring workload. The elevation of fitting model review point, by fitting the adjacent fitting point by fitting the elevation is bad and fitting and the known points for normal high elevation is bad instead of leveling elevation of observation, GPS level of mixed nets adjustment, and the precision and three four leveling measurement precision index are compared.
Keywords: measurement, and the lower level measurement, GPS leveling
中图分类号： P224.1 文献标识码：A文章编号：
一GPS在高程测量
正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。GPS测定大地高差不确定性，在短距离（如小于 10km）上可以达到士2cm。那么，通过高程转换得到的正高精度也在2cm左右，用 GPS 的费用仅为经典方法的 20%~30%。所谓用GPS水准测量代替几何水准，并不是说完全不要水准，特别是精密水准，而是说它可以作为几何水准的替代，满足一定精度范围的应用需求。 GPS测量的大地高通过似大地水准面得到正常高，是高程测量方法的创新。水准测量基于视线测量，是线测量：而GPS测量基于超视线测量，是点测量。相对传统的几何水准，GPS测量不仅可节省经费，更重要的是高效率和实时性。
二 低等等水准测量
三、四等水准测量，常作为小地区测绘大比例尺地形图和施工测量的高程基本控制。三、四等水准测量的主要技术要求见表2-2。
四GPS高程拟合模型
当GPS点布成一定区域面时，可采用数学曲面拟合求待定点的正常高。即根据测区中已知点的平面坐标x,y（或大地坐标B,L）和高程异常ζ 值，用数值拟合法，拟合出测区似大地水准面再内插出待求点的ζ ，从而求出待求点的正常高。设测站点的高程异常ζ 与平面坐标x,y间存在以下函数关系ζi= f(xi ,yi )+εi（1）
式中， f(xi,yi)为ζi的趋势值；εi 为误差。 常用的曲面拟合原理有：多项式曲面拟合原理、多面函数拟合原理、曲面样条拟合原理。
五 工程实例和精度研究
某测区有国家一等水准点6个，其高程系统为“1985国家高程基准”。以此 6 点成果作为建立测区高程控制网的起算值。本文选用其中三个，分别是 GJ37，GJ35，GJ34，其他五个点为国家三等水准点。GPS 控制网，平均边长约 7.5km ，区域面积约为200km ，按国家GPS网 B级要求施测。作业方式采用静态相对定位模式。GPS观测过程中，卫星高度角≥15 ，有效观测卫星个数≥5，采样间隔为 20s，观测时间为 120min，GDOP≤4；为消除相位中心偏差对测量结果的影响，安置天线时用罗盘定向使天线指向北方；为了消弱电离层的影响，有四分之一的观测值是在夜间观测获得的。以A、F为三等水准已知起算点，网型如图所示
水准网由3个闭合路线和1 个附合路线构成。已知各高差观测值（表2），通过NASWE软件平差后，高程网平差后精度如下：最大点位误差=0.004689m，最大点间误差= 0.003379m。
选取A、J、B、H、G、E、F、这7 个GPS控制点通过二次曲面拟合模型计算拟合参数并对A、07、C、D、I这 5 个GPS控制点进行拟合. 内、外符合精度根据参与拟合计算已知点（检核点）的高程异常ζi 与拟合高程异常ζi '，求出拟合残差Vi =ζi '-ζi ，然后按下式计算出GPS水准拟合计算的内（外）符合精度μ（设参与拟合的己知点或检核点共有n点）。
μ = ± [VV] (n-1) （23）
拟合的内符合精度为μ内 = ± []VV ()n-1 = 3.58mm。 拟合的外符合精度为μ外 = ± []VV ()n-1 = 22.5mm。 根据《城市测量规范》，各等水准网中最弱点的高程中误差不得大于±20mm 。取二倍中误差作为限差。最大残差为-31mm，符合限差。拟合的外符合精度大于一倍最弱点高程中误差，小于二倍中误差符合限差要求。从而明所开发的大地水准面拟合模型是正确的。因为外符合精度满足限差要求，其成果合格.由平差结果可知，本次计算高[19]程最弱点中误差为21.5mm，大于城市测量规范 规定的土20mm的允许误差。高程最弱点中误差超限是因为已知水准起算点20到检核点39的高差由两点高程相减得到，存在误差。对远离起算点的水准点有较大的累积误差。因此，对于水准起算点到相邻水准点应联测水准高差。
六 结论 本测区的GPS、水准混合网的各附合路线和闭合环的高差闭合差全部小于三、四等水准的闭合差限差，最弱点高程中误差小于 20mm，水准高差与 GPS 高差之差符合三等水准检测已测测段高差之差的限差，且混合网高程 RH 与水准网高程 SH 的较差都在一倍最弱点高程中误差之内，因此本测区的GPS、水准混合网的高程能达到三、四等水准的精度要求。 以后的水准测量工作中，在测区内应采用相应的高程异常拟合。用 GPS 正常高差代替部分水准高差，组成 GPS 水准混合网。能否在地形较为复杂、分布较广的测区，采用GPS水准混合网达到三、四等水准要求，或者用否可能完全用GPS高差取代三、四等水准，这需要我们在以后的生产中进行不断的探索和实践，并在理论上加以证明和完善，以达到减少野外水准测量的工作量，提高工作效率的目的。
参考文献
1李斌;;深度探讨应用GPS CORS技术的测量方法[J];科技资讯;2010年04期
2卢辉;;CORS系统下RTK作业误差影响分析[J];测绘标准化;2010年02期
3林金;;GPS测定高程的方法浅析[J] ; 矿业工程;2006年01期
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。