水準(zhǔn)測量和GPS高程測量方法在航道測量中選擇的應(yīng)用比較

1、水準(zhǔn)測量和GPS高程測量方法在航道測量中選擇的應(yīng)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(zhǔn)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(dá)到省時(shí)、省力的效果，大大提高航道測量時(shí)候的工作效率。關(guān)鍵詞：水準(zhǔn)測量， GPS高程測量 ， 航道測量， 應(yīng)用比較現(xiàn)在測量高程的最常見的方法有常規(guī)水準(zhǔn)測量.三角高程測量. GPS高程測量，水準(zhǔn)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(yīng)用后，在航道測量中比較少采用，這里就不作詳細(xì)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(diǎn)的個(gè)數(shù).分布以及大地水準(zhǔn)面

2、模型的選擇等有關(guān)。隨著測繪技術(shù)的不斷發(fā)展，大地水準(zhǔn)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(yīng)用。但是，在航道測量中GPS高程測量能否滿足常規(guī)水準(zhǔn)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(zhǔn)測量和GPS高程測量的原理.方法，以及他們的優(yōu)缺點(diǎn)，對這兩種高程測量方法在航道測量中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了比較和分析。 傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量方法 水準(zhǔn)測量這種方法在很早以前就開始使用，已經(jīng)被廣泛認(rèn)可和應(yīng)用，尤以其測量精度可靠，精確度高為優(yōu)勢。 1.水準(zhǔn)測量的原理為 利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線對豎直在兩點(diǎn)的水準(zhǔn)尺進(jìn)行觀測，得到兩點(diǎn)的高差，并通過其中一個(gè)點(diǎn)（A點(diǎn)）的

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

4、要求前后視距基本相等，四等及以上水準(zhǔn)要求采用往返測，或者雙轉(zhuǎn)點(diǎn)法。為防止出錯(cuò)一般都有兩次讀數(shù)。水準(zhǔn)記錄有專門的水準(zhǔn)記錄格式，按規(guī)范要求的記錄格式記錄。如采用電子水準(zhǔn)儀則可自動(dòng)進(jìn)行讀數(shù)和記錄，然后把數(shù)據(jù)導(dǎo)出即可。 二.GPS高程測量 GPS高程測量在工作效率，人力財(cái)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(zhǔn)面的缺陷等問題。GPS測量中直接得到的是大地高，而水準(zhǔn)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(diǎn)的正常高我們通常需要得到高程異常。 地球表面的某一點(diǎn)的大地高是該點(diǎn)沿著通過該點(diǎn)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(diǎn)沿著鉛垂線方向到似大地水準(zhǔn)面的距離，通常用Hg表示。 圖3 大地高和正常高的關(guān)系為：H=Hg+，為高程異常。 1.測量原理：在選擇布設(shè)GPS網(wǎng)點(diǎn)時(shí)，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(diǎn)。所謂公共點(diǎn)是既屬于GPS點(diǎn)，同時(shí)其正常高也是已知的點(diǎn)。所選擇的公共點(diǎn)可以是已知的水準(zhǔn)點(diǎn)，也可以是采用水準(zhǔn)聯(lián)測方法獲得的正常高的點(diǎn)，再根據(jù)公共點(diǎn)的大地高和正常高按H=Hg+公式求出這些公共點(diǎn)對應(yīng)的高程異常值，然后再利用這些公共點(diǎn)的高程異常值采用一定的方法推求其它GPS點(diǎn)的高程異常值，最后在利用H=Hg+公式即可確定所有GPS點(diǎn)的正常高。 通常由公共點(diǎn)的高程異常值推求其它GPS點(diǎn)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(jī)越來越自動(dòng)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(shí)一般采用3臺(tái)以上GPS接收機(jī)進(jìn)行?，F(xiàn)在采用的GPS接收機(jī)主要都是雙頻雙星GPS接收機(jī)。 3.GPS高程測量的實(shí)施 GPS高程測量一般和GPS平面控制測量同時(shí)進(jìn)行 第一步根據(jù)測區(qū)的相關(guān)情況進(jìn)行GPS布網(wǎng)。GPS布網(wǎng)形式主要有： 點(diǎn)連式 形式：相鄰的同步圖形間只通過一個(gè)公共點(diǎn)相連。 優(yōu)點(diǎn)：作業(yè)效率高，圖形擴(kuò)展迅速。 缺點(diǎn)：圖形強(qiáng)度低，如果連接點(diǎn)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(gè)公共點(diǎn)）相連。 優(yōu)點(diǎn)：作業(yè)效率較高，圖形強(qiáng)度較強(qiáng)。 網(wǎng)連式 形式：相鄰的同步圖形間有3個(gè)（含3個(gè)）以上的公共點(diǎn)相連。 優(yōu)點(diǎn)：圖形強(qiáng)度最強(qiáng)。 缺點(diǎn)：作業(yè)效率低。 混連式 形式：相鄰的同步圖形間有3個(gè)（含3個(gè)）以上的公共點(diǎn)相連。 優(yōu)點(diǎn)：圖形強(qiáng)度最強(qiáng)。 缺點(diǎn)：作業(yè)效率低。 一般在測量中我們?yōu)榱吮ＷC圖形測強(qiáng)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(jìn)行 接收機(jī)觀測錢要按要求進(jìn)行檢驗(yàn)，天線高度的量取要精確要mm，測前測后之差不大于3mm，設(shè)站地方要開闊，有利于衛(wèi)星信號的接收，各站的參數(shù)嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)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(yù)處理，GPS網(wǎng)的基線解算.。網(wǎng)基線處理時(shí)，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(jié)果。 數(shù)據(jù)處理可采用隨機(jī)后處理軟件，外業(yè)數(shù)據(jù)的剔除率小于10%，重復(fù)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(yīng)用 1.航道測量的介紹 下面就長河段航道圖測量時(shí)采用的水準(zhǔn)測量方法和GPS高程測量方法的施測情況進(jìn)行介紹，整個(gè)河段的測量為帶狀測量。有一條長約60公里的航道需要進(jìn)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(dá)到等水準(zhǔn)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(diǎn)位的布設(shè)

9、盡量靠近河邊，以方便以后施工使用。下面就選取整個(gè)測量中的一部分進(jìn)行介紹比較。 2.水準(zhǔn)測量 在航道測量中，水準(zhǔn)測量線路一般都是沿河兩岸進(jìn)行附合路線的布設(shè)，只有在有橋梁和水閘的地方才過河。本項(xiàng)目水準(zhǔn)觀測按水運(yùn)工程測量規(guī)范要求采用后-后-前-前的觀測方式進(jìn)行，閉合水準(zhǔn)路線的長度不應(yīng)大于20km，四等水準(zhǔn)測量要求進(jìn)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(zhǔn)測量方法建立的水準(zhǔn)網(wǎng)。GPS高程測量卻常常被忽視，認(rèn)為其精度不太可靠。下面我們就該航道測量項(xiàng)目采用GPS高程測量方法的情況進(jìn)行介紹。 GPS外業(yè)觀測，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，都按規(guī)范要求

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

11、；F為比較高差的檢核點(diǎn)間距離（Km）；每公里四等水準(zhǔn)測量全中誤差Mw10mm。 五.結(jié)論 表四 通過上表可以看出，當(dāng)GPS高程測量方法在一定的條件下是可以代替水準(zhǔn)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(zhǔn)測量和GPS高程測量方法的了解和應(yīng)用可以看出，水準(zhǔn)測量外業(yè)工作量大，工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于GPS高程測量。但是它對起算點(diǎn)的要求沒有GPS高程測量那么嚴(yán)格，除了起算點(diǎn)本來的測量精度的影響，起算點(diǎn)的個(gè)數(shù)和分布情況對水準(zhǔn)測量的影響相對較小，需要的起算點(diǎn)個(gè)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(guān)系，受外界條件的影響較小，穩(wěn)定性也比較好。在起算點(diǎn)缺乏的地方，特別是地形起伏比較大的地方，首先選擇水準(zhǔn)測量。隨著數(shù)字水準(zhǔn)儀的廣泛應(yīng)用，水準(zhǔn)測量的工作量也得到一定的減輕。在起算點(diǎn)分布均勻，起算點(diǎn)數(shù)量也相對比較充足的地方，可以優(yōu)先考