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高程测量的几种方法比较研究
摘要：本文就高程测量的几种常用方法进行分析和探讨，主要包括水准测量、三角高程测量、GPS高程测量，着重分析这几种常用高程测量方法的基本原理、基本方法及实际测量中各种方法优缺点的比较，通过分析结合实际测量的环境条件、经济条件及高程测量的精度要求等选择合适的高程测量方法，来高效地完成高程测量的任务。
关键词：高程测量；水准测量；三角高程测量；GPS高程测量
高程测量是确定地面点高度的测量工作。一点的高程一般是指这点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，又称海拔或绝对高度。在工程测量中经常会遇到高程测量，选择合适的高程测量方法能很大提高工程的效率和质量，所以研究高程测量的方法就尤为重要。传统的高程测量方法是水准测量和三角高程测量。在采用传统地面观测技术确定地面点的位置时，平面位置和高程通常是分别独立确定的，这样做的原因主要有两个：一个是基于平面位置和高程分别基于不同的参考基准，确定平面位置时，通常以参考椭球面为基准，而确定高程时，则以大地水准面或似大地水准面为基准；另一个是确定平面位置和高程所采用的观测方法不同，水平位置通常通过测水平角、测边的方法来确定，而高程则是通过水准测量、三角高程测量等方法来确定，由于观测方法不尽相同，因而进行观测时所需要的观测条件也不尽相同。随着测量技术的快速提高，高程测量的方法不断增多，已普遍用于地形测量、工程测量和控制测量中。近年来，人们对高程测量的方法又有了更深入的认识，尤其是GPS的普遍应用，使高程测量产生了飞速的发展。虽然实施高程测量时我们能选择的方法越来越多，但是结合实际测量的环境条件、经济条件及对高程测量精度的要求等选择最合适的高程测量方法来高效高精度的完成测量任务也尤为重要。
高程测量的基本原理
水准测量的基本原理
水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，测定地面两点间的高差，这样就可由已知点的高程推算出未知点的高程。如下图所示，欲测定A、B两点间的高差,可在A、B两点上分别竖立代有刻划的水准尺，并在A、B两点之间安置一台能提供一条水准视线的水准仪。根据水准仪的水平视线，在A点尺上读数，设为a;在B点尺上读数，设为b;则A、B两点间的高程为：
如果水准测量是由A到B进行的，如图1-1中箭头所示，由于A点为已知点高程，故A点尺上读数a称为后视读数；B点为欲求高程的点，则B点尺上读数b为前视读数。高差等于后视读数减去前视读数。
图1-1 水准测量原理
高差的符号有正有负。当高差为正值时，表示前视点B高于后视的A；当高差为负时，表示前视点B低于后视点A。所以计算高差时，一定要用后视读数减去前视读数，次序不能颠倒。
有了高差，就可根据A点高程求得B点高程，即：
上式表明：待定点高程的测量，在实际上表现为两相邻点之间的高差测量。所以，高程测量的实质就是测量高差。
另外还可通过仪器的视线高H,计算B点的高程，即：
当根据一个已知高程的后视点，同时去测定多个未知点的高程时，应用上个公式计算就很方便。这个公式在工程测量中经常用到。
三角高程测量的基本原理
三角高程测量的基本思想是根据由测站向照准点所观测的垂直角（或天顶距）和它们之间的水平距离，计算测站点与照准点之间的高差，如图1-2所示。
图1-2 三角高程原理
三角高程测量方法确定地面上A,B两点的高程,首先要在A点安置经纬仪，在B点竖立觇标量得仪器高i和觇标v,用经纬仪望远镜的中丝照准觇标顶部，观测垂直角a，若已知A,B两点间的水平距离为D，则从图1-1中可以得到其中为仰角时取正号，相应的D为正，为俯角时取负号，相应的D为负。这种方法简便灵活，受地形条件的限制较少，故适用于测定三角点的高程。三角点的高程主要是作为各种比例尺测图的高程控制的一部分。一般都是在一定密度的水准网控制下，用三角高程测量的方法测定三角点的高程。
GPS高程测量的基本原理
虽然正高和正常高均可以通过水准和重力测量得到，但是这些方法的作业成本非常高，而作业效率又相对较低。随着GPS的出现，采用GPS技术测定点的正高和正常高，即所谓的GPS水准，引起了人们越来越广泛的兴趣，从而产生了GPS高程测量。GPS系统包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座；地面控制部分——地面监控系统；用户部分——GPS接收机,测量时的工作原理如图１-3所示：
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浅谈高程测量的几种方法
　　摘要：通过对当前几种高程测量方法的阐述，进行了这几种方法的优缺点、适用情况的分析，通过比较，简单的叙述了以后这几种方法的发展前景。 中国论文网 /1/view-7400113.htm　　关键词：几何水准测量、三角高程测量、静态GPS三维坐标测量、动态GPS（RTK）三维坐标测量 　　一、概述 　　随着仪器设备、测绘技术的不断发展，水利测绘方法也走向了多元化，本文就水利勘测中的高程测量进行一下简单阐述。目前高程控制测量的方法大体为以下几种：几何水准测量、三角高程测量、静态GPS三维坐标测量、动态GPS（RTK）三维坐标测量等。 　　二、各种方法的浅析 　　（一）几何水准测量 　　几何水准测量是高程测量的常用方法，现在各个勘测单位普遍采用该方法。水准测量精度高、操作简单、计算方便，在水利工程的施工测量、竣工测量等过程中使用很方便、目的很直接，其平差方法及平差软件业已成熟，例如清华山维等软件。软件在使用中，操作也比较方便，计算比较严密。但该方法不适用于距水准点较远的地方，因为仅仅为了得到几公里的点位高程，就需联测水准点几十公里，这极大的浪费人力、物力，造成一些不必要的资源浪费。 　　（二）三角高程测量 　　三角高程测量一般适宜于在地形起伏较大、水准测量很不方便的地方，宜在平面控制网的基础上布设高程导线符合路线、闭合环线或三角高程网，这样就在测量平面控制时，可兼测三角高程，节省了人力、物力。但操作时必须严格，谨防错误，避免返工。该方法技术要求较高，代替四等水准的光电测距高程导线，应起闭于不低于三等的水准点，并且边长不应大于1KM，高程导线的最大长度不应超过四等水准路线的最大长度。各等级平面控制网测三角高程时，垂直角观测的测回数与限差应满足下表： 　　2 指标差较差在分组观测时，仅在一测回内各方向按同一根水平丝计算的 　　结果比较；单独方向连续观测时，则按同方向各测回同一根水平丝计算 　　的结果比较； 　　三角高程测量在平原地区一般不宜使用该法。平原地带高差较小，造成垂直角较小，相对误差不明显，达不到高程等级要求；并且由于需要量取仪器高，在读数时人为误差较大，再加上小刚尺本身的刻度误差，这些误差累积，往往造成错误。但作为一种方法比较值得分析、讨论和进一步研究，是否能通过什么方法去解决这些误差，去开发更完善的平差程序，让它在平原地区也能发挥它的效用，使得平原地区把平面控制和高程控制就可以放在一起进行，真正的可以做“控制”了。 　　（三）静态GPS三维坐标测量 　　该方法由于可全天候作业、不受距离远的限制（方圆15KM）逐步得到广泛应用。应用GPS测量技术可同时获得点位的三维坐标数据，其中平面测量技术已日臻完善成型，高程测量技术由于其外界影响因素较多，且具有不确定性，如计算软件、高程拟合方法的选择以及使用条件、误差来源等问题，其一直未形成定论，对它的精度尚难界定。目前，GPS接收机多自带解算程序，一般这种程序解算出的高程与几何水准测量得到的高程有一定的出入，等级稍微低些，用于地形图测绘、设计阶段前的勘察尚可，不适用于计量计算，只有通过正确的高程拟合后才能真正的达到等级要求。而高程拟合方法的选择目前尚未定论，有待于进一步讨论。在测区范围较小、地形变化小的测区内，利用几何水准均匀的布设一些基本高程控制点，可以用GPS高程测量代替几何水准测量测设图根水准或测站点水准（《水利水电工程测量规范》（SL197-97）将高程控制测量分为基本高程控制（一、二、三、四、五等）、图根高程控制、测站点高程控制）。另外，GPS仪器的选择要精度不低于基线精度5mm+1ppm、高程精度10mm+2ppm，性能较为稳定且受外界环境因素影响小的接收机。 　　（四）动态GPS（RTK）三维坐标测量 　　在今后的地形图测绘、地籍图测绘、部分工程测量中可采用动态GPS（RTK）三维坐标测量既可得点位平面坐标也可得点位高程。RTK即实时差分系统，是差分系统（DGPS）中最先进、精度最高、应用最广泛的一种，它能设一个基准站可拖多台流动站进行作业，定位距离远，速度快，精度高，内存卡可储存原始观测资料；流动人员可自行控制，不需要基准站进行指挥。前不久，在位山灌区续建配套与节水改造项目测量、引黄济津应急调水工程三干渠衬砌施工、竣工等一系列工程项目中使用了动态GPS（RTK），经试用证明：若GPS网布设合理，在GPS网控制之内，选点科学（视野开阔，远离大功率无线电发射源），其所测点位高程基本上可与几何水准测得点位高程相差无几，在规范限差允许之内，可以用作工程使用，但该方法因仪器受电磁波干扰时影响较大，密林中、建筑群中，精度得不到保障，具有一定的局限性。 　　三、结论和建议 　　这几种方法各有利弊，在选择时应根据实际情况进行选择。一般几何水准测量比较严密；三角高程不适宜地形起伏小的地方，而动态GPS（RTK）三维坐标测量则由于具有测量速度快、定位距离远，应尽量去选择它，经过多使用来总结规律，以便更好地研究和正确使用，节省资源，使工作高效简便。 　　参考文献： 　　[1]卢国胜，等.测量学（第三版）测绘出版社.1991 　　[2]陈龙飞，金其坤.工程测量.同济大学出版社.1998 　　[3]杨爱明，等.水利水电测绘.《水利水电测绘》编辑部.2004.3. 　　[4] 水利水电工程测量规范（规划设计阶段）SL197-97.
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地下工程测量过程中，高程测量可以采用（)方法。A．水准测量B．光电测距三角高程测量C．GPS水准测
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地下工程测量过程中，高程测量可以采用()方法。A．水准测量B．光电测距三角高程测量C．GPS水准测量D．激光三维扫描E．导线测量此题为多项选择题。请帮忙给出正确答案和分析，谢谢！
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