GPS 测量技术和全站仪在山区测图高程控制测量中的应用探讨.doc

GPS测量技术和全站仪在山区测图高程控制测量中的应用探讨（word版）■、才•刖B在山区测图作业中，进行几何水准测量难度极大，而山区高差大, 测图所采用的基本等高距大，高程测量的精度要求相对较低，所以可 以考虑采用G P S测量技术和全站仪来代替水准测量作为测图的高 程控制，我们在测图作业中成功的采用GPS测量技术和全站仪进行 高程控制测量，不仅满足了测图的高程精度要求，而且大大提高了作 业效率，取得了良好的经济效益和社会效益目录・m - > ■ .刖R 1目录 21 GPS的工作原理及技术特点 31.1 GPS 的工作原理 31.2 GPS测量的特点 32作业方法 42.1GPS高程控制 42.2三角高稈加密 53精度统计 63.1GPS 高程 63.2三角高程 63.3精度分析 74技术总结 84.1GPS高程测量 84.2三角高稈测量 85结论 9参考文献 91 GPS的工作原理及技术特点1.1 GPS 的工作原理GPS （Global Positioning System）系统是一种釆用距离交会法的一卫 星导航定位系统它是以三角测量的定位原理来进行的它采用多星 高轨测距体制，以接收机至GPS卫星之间的距离作为基本观测量。

当地面用户的GPS接收机同吋接受到3颗以上卫星的信号后，通过 使用伪距测量或载波相位测量，测算出卫星信号到接收机所需要的时 间、距离，再结合各卫星所处的位置信息，将卫星至用户的多个等距 离球面相交后，即可确定用户的三维（经度、纬度、高度）坐标位置以 及速度、时间等相关参数在G PS测量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的 坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统 在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换， 来求出所使用的坐标系统坐标这样更有利于表达地面控制点的位置 和处理GPS观测成果，因此全球定位系统作为新一代的卫星导航与 定位系统，以其全球性、全天候、高精度、高效益的显著特点，已经 在测量领域得到了广泛的应用1.2 GPS测量的特点相对于经典测量学来说，GPS测量主要有以下特点：1） 测站之间无需通视；2） 定位精度高；3） 观测时间短；4） 提供三维坐标；5） 操作简便；6） 全天候作业2作业方法我们以某测区为例，整个测区呈不规则的带状，长约20km,面积约 30km，地类为山地，高差变化不大，多数地区不能通车测图比例 尺为1 : 2000,基本等高距为2 m o鉴于在测区几乎不可能进行几 何水准测量，经过周密的技术设计和安排，决定采用布设GPS高程 控制网配合全站仪施测，三角高程导线加密的方法进行高程控制测 量。

2.1GPS高程控制用Trimble5700型、4000see型GPS接收机共6台接收机，以 静态测量的作业方式在整个测区布设一个四等G P S高程控制网作 为首级高程控制整个测区为不规则的带状区域，为了便于次级加密, 在测区沿线每隔3km布设■-对GPS点，釆用边连接的方式联测成 网观测要求为：每点观测时段数三2,时段长度^60min,数据采 样间隔15s,卫星高度角不小于15 ,天线高在观测前后各测量一 次（较差小于3mm）,取其平均值否则应查明原因并重测该时段 控制网外业数据采集完成后，应进行基线向量解算当采用不同型号 的接收机时，应将观测数据转换成同一格式基线解算按同步观测吋 段为单位进行，并且应有基线处理报告当基线长度W 15km时， 须采用双差固定解，当基线长度三15 km时，可以在双差固定解与 双差浮动解中选择最优结果基线解算结束后应进行复测基线、同步 环、异步环的检验工作，结果应符合“GPS测量规范”第12.2条 款检核要求后，方可进行平差计算三维无约束平差统一在WGS・84坐标系下进行，釆用随即软 件TG01.6或武汉测绘科技大学研制的Power-ADJ V4.0软件进 行解算。

为确保成果的精确性和可靠性，对三维平差处理的结果，应 进行认真分析、比较，剔除有粗差的数据平差结果应满足各项精度 指标，且应有精度评估报告二维约束平差统一在1980西安坐标系下进彳亍，平差计算可釆用 Power-ADJ V4. 0版软件，平差结果应满足各项精度指标要求并应 提供精度评估报告作业中联测4个四等水准点作为高程约束条件，其中带状网的两端 各联测1个，中部联测2个采用Power-ADJ V4.0平差软件对 整网进行高程拟合计算，从而推求出待求点的高程值在测区共计布 设24个GPS高程点，点间最大高差达152m2.2三角高程加密在GPS高程控制网的基础上，利用测角精度优于5 〃的全站 仪施测三角高程导线进行高程加密按图根级高程控制的精度要求施 测：止、倒镜各观测一次作为一个测回，取其平均值作为单向观测高 差值；各边进行对向观测，对向观测的高差较差值不大于0.4m/km ； 支点单向观测不同的棱镜高度各一个测冋，测冋较差不大于0・2m(l/10h, h为等咼距，按2m计，I、同)；二角咼程线路闭合差不大于0.6m(l/3h) o共施测三角高程导线8条，计30.2km3精度统计3.1GPS高程平均值为土 2.4mm ；竖向误差最大值为土7.4mm,平均值为土 3.4mm。

这表明整网内部附和情况良好固定G P S网两端和中部 的4个已知高程点作为高程约束条件，对整网进行高程拟合平差处 理平差结果中，高程误差最大值为土24.2mm,平均值为土 11.1mm 3.2三角高程对53条对向观测边和8条三角高程导线进行精度统计，其中 对向观测边最大边长1.20km,平均边长0.42km；对向观测高差最大 较差值65.8mm，平均较差值9 .3mm o三角高程导线闭合差最大 值211mm ,平均值90.6mmo具体统计结果见表1,表2表1三角高程导线闭合差统计序号线路长/km闭合差/mm序号线路长/km闭合差/mm13.10+13455.15・21124.33-7964.60-2934.35+9671.88-241.56+11185.38-63表2对向观测高差较差值统计较差值/mm较差值/mm0-1010-2020-3030-4040-5050-60>60边数201454334所占比例％37.726.49.47.55.75.77.63.3精度分析由表1 ,表2中的统计数据可得：(1)三角高程对向观测高差中偶然中误差M 对向=土 J /(4n) > = 13.9mm(2) 三角高程每千米高差中数偶然中误差Ma= V< (△△ / R) /(4n) > = 23.6mm(3 )高程线路闭合差的中误差Mw= V <(ww/ F ) / N> = 5 4.1 m m式中：△为对向观测高差不符值；n为对向观测边数；R为对向观 测边长，k m ； w为高程闭合差；N为三角高程导线条数；F为三 角高程导线长度，k m o取三角高程每千米高差中数全中误差Ms =2M A = 47.2mm根据误差传播规律可得：M W2 =MG2+MS2则GPS高程点的高程中误差：MG =18.7 mm此结果与GPS网平差的结果基本相符。

统计精度表明，所测结果完 全能够满足图根点高程控制测量对于高程闭合差小于0.6m(l/3h)的精度要求4技术总结4.1GPS高程测量GPS基线网是建立在大地椭球面基础上的三维坐标网高程约 束平差就是以已知高程点为基准将大地椭球面强制拟合到大地水准 面上的，而大地水准面是一个不规则的曲面，很难用数学模型代替， 故GPS高程约束平差只是一个近似的拟合过程因此，GPS高程 测量的精度不仅与已知高程点的精度和G P S静态基线网的内部附 和精度（观测精度）有关，而且与已知高程点在网中的分布情况有关 实践表明，在G P S高程网的四周和中央联测已知高程点作为高程 固定约束条件，使待定点分布在已知点之间的控制范围以内，从而避 免外推扩展拟合水准面造成较大的拟合误差另外，采用与大地水准 面拟合程度较好的大地椭球面进行高程约束平差，能够得到较好的高 程拟合结果4.2三角高程测量三角高程测量的基本原理为:h =Ssin a +i —v +CS式中：s为斜距；i为仪器高度；v为目标高度；Q为竖直角；C为 大气折光差；s为地球弯曲差在竖直角a的观测中一些操作上的问题容易忽视，因而在实际作业 中应注意以下两点：1) 竖直角指标差的影响。

应该采用正、倒镜观测作为一个完整的测 回，这样才能消除竖直角指标差的影响2) 仪器整平问题仪器是否严格整平直接影响到竖直角的准确性假设全站仪管气泡的灵敏度为30 〃 /2mm ,则1mm的整平误差就 会导致1 5 〃的竖直角测量误差，以500m的观测边长为例，由此 产生的三角高程观测误差6 h将达36.4mm，这就会直接影响三 角高程的施测精度5结论采用GPS高程测量配合全站仪施测三角高程导线的方法，来代替山 区儿何水准测量作为高程控制的作业方法，能够在平面控制测量的同 时完成高程控制测量，大大提高工作效率但是，GPS高程测量和全 站仪三角高程测量不仅与己知高程点的精度和施测精度有关，血且与 网型布设情况、已知点的分布、高程拟合计算的数学模型以及气象条 件等诸多因素有关，需要在实际工作中不断总结提高，才能将作业精 度和工作效率很好的结合在一起参考文献[1] 张风举，王宝山・“GPS”定位技术[M]・北京:煤炭工业出版社,1997.[2] 周忠谟，易杰军，周琪.GPS卫星测量原理[M]•北京:测绘出版 社,1997.[3] GB/T18314-2001全球定位系统(GPS)测量规范.[4] 乔仰文.GPS高程转换的若干问题的研究[J].测绘通1997(11):17-19.⑸ 地质矿产勘查测量规范GB/T18341-2001・。