GPS 高程水准高程比较

GPS 高程与水准高程的比较
摘要: 本文主要是针对小范围工程的需要,对水准高程精度、gps 高程可靠度进行了系统的分析,进行了2 种高程对比,得出了
有益的结论,在变形监测、沉降观测等方面提供了很好的见解作用。

关键词: gps 高程水准高程大地高高程异常
1 引言
gps 定位技术自问世以来,就以其精度高,速度快,操作简单等
优点引起了测绘界的普遍关注。

国内外大量的实践表明,利用gps 进行平面相对定位的精度能够达到0. 1～1 ×10 - 6d 甚至更高,这是常规测量技术难以比拟的。

但是由于受区域性大地水准面的精度及电离层延迟误差等因素的影响,gps 技术应用受到不同程度的限制,gps 高程的应用还有待进一步研究。

因此, gps 在我国高程控制网的布设中应用得较少。

从某种程度上讲,未能充分发挥gps 测量能够提供3 维坐标的优越性,基于这种情况,有必要对gps 高程测量的理论和方法进行研究,以促进其在测量实践中的应用。

利用gps 求得的是地面点在wgs 84 坐标系中的大地高,而目前我国的实用高程系统采用的是正常高,要想使gps 高程在工程实际中得到应用,必须对gps 求得的正常高的适用性进行分析、研究。

当今,一些学者只是对范围较大的地区进行了gps 高程的研究,没
有人对小范围内gps 高程和水准高程进行对比分析。

2 观测手段的实施
2.1 布设点位应考虑的问题
2.1.1 点位的设置
本次实验控制网布设共用的gps 点和水准点9 个。

点位埋设半径为0. 3 m ,高为1. 5 m ,实地混凝土现场浇注,埋设深度均大于冻土线以下。

对各个点位进行观测时,采用强制对中。

一共对此网
形观测了4 次,每次观测时gps 接收机与控制点一一编号对应。

对接收机的仪高量取值时,采用3 个不同位置量取仪高,取其平均值。

2.1.2 点位的选择应考虑的因素
国家测绘局颁发的《全球定位系统( gps)测量规范》( ch2001292 ) 和《工程测量规范》
(ch2001292) 的要求,点的选择应考虑下列原则:a 观测站应远
离大功率的无线电发射台和高压输电线,接收机天线与其距离不得
小于200 m。

b 观测站附近不应有大面积的水域或对电磁波反射(或吸收) 强烈的物体。

c 观测站应设立在视野开阔且周围障碍物的高度角不小于15°的地方。

d 观测站的设立应便于进行水准测量。

e gps 网点应考虑与水准点相重合。

2. 2 gps 观测方案
gps 数据采集使用仪器为3 台trimble4000sse 双频gps 接收机,6 台trimble 4600ls 单频gps 接收机对全网各点进行同步观测,观测分2个时段,每个时段观测大于45 min 。

同步接收卫星个
数均大于6 颗,卫星高度角均大于15°,数据采样间隔为15 s ,空
间位置图形强度因子pdop 值均大于8 。

其它技术指标应满足《全球定位系统( gps)测量规范》(ch2001292) c 级网的要求。

基线解
算及平差均采用gpssurveyv2. 2 软件。

2. 3 水准观测方案
水准测量按二等精密水准的要求进行,采用往返观测。

一般要求gps 观测结束后,就开始水准观测。

具体技术指标如下:
a 观测仪器:经过检校的wild n3 或zeiss004型精密水准仪,
配置双排刻划的铟钢水准尺;
b水准路线长度及高差:单程水准路线长度小于1 000 m ,高差小于50 m ;
c 测站视线长度≤50 m ,距地高度> 0. 5 m ;
d 前后视距离较差≤1 m ,前后视距离累计差≤3 m ;
e 路线往返测闭合差mh ≤4 l (mm) ,l 为往返测路线长度(km) ;
f其它观测指标应满足《工程测量规范》( gb50026 —93) 要求。

3 观测方案分析
3.1 水准高程可靠性分析
本次水准观测按照工程测量规范要求,采用二等水准往返观测。

每次观测采用相同的设备,固定的人员观测,固定人员扶尺。

观测间隔为015 a 一次。

为了保证本次成果的可靠性,下面对各段多次水准成果进行可靠性分析,见表1 。

δi = ( h - hsi ) ×1000 ,
式中: hsi ——各次水准观测所测高差;
h ——各次水准观测值的均值。

由表1 可以看出,本次观测共8 个测段,高差值也不同。

表中所列数据除第一段和第三段水准由于受附近基建施工影响外,其它6 个测段观测质量都比较好。

. 8 个测段,4 次观测结果统计,每米最大改正为17. 6 mm。

每次观测往返结果都很好,完全符合二等水准精度要求。

说明可以作为一组精度可靠的观测数据参照使用。

水准测量手段获得高程测量成果比较成熟、可靠度强,是经得起实践检验的目前最可靠的手段。

3. 2 gps 高差与水准高差比较
本次试验对相同的点同时进行了二等水准观测和gps 高程测定,分不同时期分别观测了4 次。

每次观测时两种观测成果获取时间间隔一般不超过4h 。

对每次观测成果的数据进行整理,如表2 所示。

表2 水准观测高差与gps 高差比较
δi = (| h | - | hgi | ) ×1000 。

式中: hgi ——gps 所测高差;
h ——各次水准观测值的均值。

表2 中gps 高差与水准高差互差小于10 mm 的27 个;10 mm～15 mm 的4 个; 15 mm 以上的1 个,合计32 个。

由表2 可以看出,高差越大,gps 高差和水准高差越明显。

水准观测高差与gps 高差互差最大为15. 1 mm。

规程中规定,三等水准测量检测已测高差之差不得大于±20 r ( r 为测段长度,按1 km计算) ,即每个测段小于1 km 时,不得超过±20 mm。

对于四等水准来说,检测已测高差之差不得大于±30r ,即不得超过±30 mm。

如果在测区范围小于0. 5km2 ,高差小于20 m 范围内,用gps 高程代替三、四等水准是完全可以满足一般工程的需要。

但在布设gps 控制网时必须严格控制观测质量,要注意多路径效应,以及附近可产生电磁场的设施的影响,同时要严格量取仪器高。

4 结语
a 通过实验表明gps 高程和精密水准高程,自我附合程度均比
较好。

通过对各自的观测数据分析可以得出,精密水准受人为因素影响比较多,比如,水准尺竖直程度、仪器稳定性、观测者技术水平等。

而gps 高程影响因素比较多,但人为因素影响较少,其中影响最大的就是多路径效应和山区高程异常。

b本次实验选择在南北长约800 m ,东西宽约600 m 范围内,布设了9 个公共点,同时间观测了4次,采用相同的观测方案、相同的人员、相同的仪器设备进行了观测。

通过分析,尽管山区高程异常比较大,但在一定的条件下,采取必要的技术措施是完全可以达到
三等或四等水准的精度。

c如果在测区范围小于0. 5 km2 ,高差小于20m 范围内,gps 高程测量的精度可达厘米级,能够满足一般工程建设和大比例尺测图的需要。

但在布设gps 控制网时必须注意多路径效应及附近电磁场的影响,同时要严格量取仪器高。

注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。