水準測量和GPS高程測量方法在航道測量中選擇的應用比較

1、水準測量和GPS高程測量方法在航道測量中選擇的應用比較摘要：本文主要是介紹在航道測量中在什么情況下采用水準測量方法，什么情況下采用GPS高程測量方法，能夠保證工程要求的高程精度，從而達到省時、省力的效果，大大提高航道測量時候的工作效率。關鍵詞：水準測量， GPS高程測量 ， 航道測量， 應用比較現(xiàn)在測量高程的最常見的方法有常規(guī)水準測量.三角高程測量. GPS高程測量，水準測量受地形的起伏影響大，外業(yè)工作量大，速度慢。三角高程測量在GPS測量廣泛應用后，在航道測量中比較少采用，這里就不作詳細介紹。GPS高程測量方便快捷，不受地形的影響，其測量精度與GPS測量精度，公共點的個數(shù).分布以及大地水準面

2、模型的選擇等有關。隨著測繪技術的不斷發(fā)展，大地水準面精化工作的不斷開展，GPS高程測量的精度大為提高，GPS高程測量的方法得到廣泛應用。但是，在航道測量中GPS高程測量能否滿足常規(guī)水準測量的精度要求，已成為航道測繪人員急需想知道的問題。本文通過介紹水準測量和GPS高程測量的原理.方法，以及他們的優(yōu)缺點，對這兩種高程測量方法在航道測量中的實際應用進行了比較和分析。 傳統(tǒng)水準測量方法 水準測量這種方法在很早以前就開始使用，已經(jīng)被廣泛認可和應用，尤以其測量精度可靠，精確度高為優(yōu)勢。 1.水準測量的原理為 利用水準儀提供的水平視線對豎直在兩點的水準尺進行觀測，得到兩點的高差，并通過其中一個點（A點）的

3、高程推算另一點(B點)的高程。 圖1 hAB=a-b HB=HA+hAB hAB為A.B兩點的高差，HA為A點高程，HB為B點高程，a為后視讀數(shù)，b為前視讀數(shù)。 2.水準測量采用的儀器 微傾式水準儀，自動安平水準儀，電子水準儀 3.水準測量的實施 水準點：通過水準測量方法得到高程的高程控制點，一半用BM表示。有永久性和臨時性兩種。起算水準點的選擇，一般起算水準點選擇比測量水準等級高一等級的水準點作為起算點。 水準路線的布設：閉合路線（由BM1BM1），附合路線（由BM1BM2），支水準路線（由BM1待定水準點），水準網(wǎng)（由若干水準路線構成的網(wǎng)狀圖形）具體見下圖： 圖2 水準觀測與記錄，水準觀測

4、要求前后視距基本相等，四等及以上水準要求采用往返測，或者雙轉點法。為防止出錯一般都有兩次讀數(shù)。水準記錄有專門的水準記錄格式，按規(guī)范要求的記錄格式記錄。如采用電子水準儀則可自動進行讀數(shù)和記錄，然后把數(shù)據(jù)導出即可。 二.GPS高程測量 GPS高程測量在工作效率，人力財力上都有很大的優(yōu)勢。但是GPS高程測量也有自身的很多問題出現(xiàn)，如觀測誤差，基準面的缺陷等問題。GPS測量中直接得到的是大地高，而水準測量和三角高程測量得到的是正常高。正常高系統(tǒng)是我國廣泛使用的高程系統(tǒng)。想得到GPS測量點的正常高我們通常需要得到高程異常。 地球表面的某一點的大地高是該點沿著通過該點的橢球法線方向到橢球面的距離通常用H表

5、示。正常高是由該點沿著鉛垂線方向到似大地水準面的距離，通常用Hg表示。 圖3 大地高和正常高的關系為：H=Hg+，為高程異常。 1.測量原理：在選擇布設GPS網(wǎng)點時，根據(jù)地形情況選取一些分布較適宜并有一定密度的公共點。所謂公共點是既屬于GPS點，同時其正常高也是已知的點。所選擇的公共點可以是已知的水準點，也可以是采用水準聯(lián)測方法獲得的正常高的點，再根據(jù)公共點的大地高和正常高按H=Hg+公式求出這些公共點對應的高程異常值，然后再利用這些公共點的高程異常值采用一定的方法推求其它GPS點的高程異常值，最后在利用H=Hg+公式即可確定所有GPS點的正常高。 通常由公共點的高程異常值推求其它GPS點的高

6、程異常值的方法很多，常見的有：平面擬合法，二次曲面擬合法，多面函數(shù)擬合法，地形改正法。 2.GPS高程測量采用的儀器 現(xiàn)在的GPS接收機越來越自動化，GPS高程測量現(xiàn)在主要是采用GPS靜態(tài)觀測網(wǎng)模式來獲得。在外業(yè)觀測時一般采用3臺以上GPS接收機進行?，F(xiàn)在采用的GPS接收機主要都是雙頻雙星GPS接收機。 3.GPS高程測量的實施 GPS高程測量一般和GPS平面控制測量同時進行 第一步根據(jù)測區(qū)的相關情況進行GPS布網(wǎng)。GPS布網(wǎng)形式主要有： 點連式 形式：相鄰的同步圖形間只通過一個公共點相連。 優(yōu)點：作業(yè)效率高，圖形擴展迅速。 缺點：圖形強度低，如果連接點發(fā)生問題，將影響到后面的同步圖形。 邊連

7、式 形式：相鄰的同步圖形間有一條邊（即兩個公共點）相連。 優(yōu)點：作業(yè)效率較高，圖形強度較強。 網(wǎng)連式 形式：相鄰的同步圖形間有3個（含3個）以上的公共點相連。 優(yōu)點：圖形強度最強。 缺點：作業(yè)效率低。 混連式 形式：相鄰的同步圖形間有3個（含3個）以上的公共點相連。 優(yōu)點：圖形強度最強。 缺點：作業(yè)效率低。 一般在測量中我們?yōu)榱吮ＷC圖形測強度和作業(yè)效率采用邊連式的比較多。 第二步：外業(yè)觀測，外業(yè)觀測按規(guī)范的要求進行 接收機觀測錢要按要求進行檢驗，天線高度的量取要精確要mm，測前測后之差不大于3mm，設站地方要開闊，有利于衛(wèi)星信號的接收，各站的參數(shù)嚴格按規(guī)范要求進行設置。 第三步：數(shù)據(jù)處理和檢核

8、 數(shù)據(jù)處理一般是數(shù)據(jù)預處理，GPS網(wǎng)的基線解算.。網(wǎng)基線處理時，采用的是廣播星歷，解算出整數(shù)解。然后是網(wǎng)平差，接著是GPS高程擬合，最后得到結果。 數(shù)據(jù)處理可采用隨機后處理軟件，外業(yè)數(shù)據(jù)的剔除率小于10%，重復基線互差22。閉合環(huán)的限值要滿足規(guī)范要求。 四.兩種方法在航道測量中的應用 1.航道測量的介紹 下面就長河段航道圖測量時采用的水準測量方法和GPS高程測量方法的施測情況進行介紹，整個河段的測量為帶狀測量。有一條長約60公里的航道需要進行1：2000比例尺的水深測量。平面首級控制網(wǎng)為GPS-E級網(wǎng)，高程精度要達到等水準精度。河寬平均約600米，航道所在地，地勢平坦，交通方便。要求點位的布設

9、盡量靠近河邊，以方便以后施工使用。下面就選取整個測量中的一部分進行介紹比較。 2.水準測量 在航道測量中，水準測量線路一般都是沿河兩岸進行附合路線的布設，只有在有橋梁和水閘的地方才過河。本項目水準觀測按水運工程測量規(guī)范要求采用后-后-前-前的觀測方式進行，閉合水準路線的長度不應大于20km，四等水準測量要求進行。 3.GPS高程測量 現(xiàn)在大多數(shù)的航道測量的首級控制網(wǎng)均采用GPS測量，而其中的高程控制主要采用傳統(tǒng)的幾何水準測量方法建立的水準網(wǎng)。GPS高程測量卻常常被忽視，認為其精度不太可靠。下面我們就該航道測量項目采用GPS高程測量方法的情況進行介紹。 GPS外業(yè)觀測，內業(yè)數(shù)據(jù)處理，都按規(guī)范要求

10、合格后進行GPS高程擬合。采用曲面擬合的方法進行高程擬合。 該網(wǎng)中涉及水準點測量的平差基線邊 表二 在選擇多種不同的已知點方法進行高程擬合。已知點分布不均勻的情況下進行高程擬合，經(jīng)多種方案多種組合試驗，很難達到四等水準的精度要求。最后采用12個大致分布均勻的已知點（點占網(wǎng)點數(shù)的34.2）進行高程擬合時，待求點的精度可達到四等水準要求。 GPS高程擬合四等水準精度等級評定DVh=Dh插-Dh水20（mm），k為檢核點間基線長度，單位km。 表三 各相鄰檢核點高差較差DVh可看作是符合水準路線的閉合差，按其可計算出每公里水準測量全中誤差Mw，具體計算公式如下：Mw=9.5（mm）其中：N為高差個數(shù)

11、；F為比較高差的檢核點間距離（Km）；每公里四等水準測量全中誤差Mw10mm。 五.結論 表四 通過上表可以看出，當GPS高程測量方法在一定的條件下是可以代替水準測量方法，這樣可以大大提高作業(yè)的工作效率。但是通過對水準測量和GPS高程測量方法的了解和應用可以看出，水準測量外業(yè)工作量大，工作效率遠遠低于GPS高程測量。但是它對起算點的要求沒有GPS高程測量那么嚴格，除了起算點本來的測量精度的影響，起算點的個數(shù)和分布情況對水準測量的影響相對較小，需要的起算點個數(shù)也不需要GPS高程測量那么多，它的測量精度跟儀器的精度，觀測者觀測水平有關系，受外界條件的影響較小，穩(wěn)定性也比較好。在起算點缺乏的地方，特別是地形起伏比較大的地方，首先選擇水準測量。隨著數(shù)字水準儀的廣泛應用，水準測量的工作量也得到一定的減輕。在起算點分布均勻，起算點數(shù)量也相對比較充足的地方，可以優(yōu)先考