【正文】 ............................................................................................................. 14 GPS 高程測(cè)量原理 ........................................................................................................ 14 GPS 控制網(wǎng) .................................................................................................................... 15 GPS 測(cè)高轉(zhuǎn)換方法 ........................................................................................................ 16 3 高程測(cè)量試驗(yàn)及精度分析 ............................................ 19 試驗(yàn)方案 ........................................................................................................................... 19 施測(cè)步驟 ........................................................................................................................... 20 幾何水準(zhǔn)測(cè)量步驟 ...................................................................................................... 20 三角高程測(cè)量步驟和數(shù) 據(jù) .......................................................................................... 22 GPS 施測(cè)步驟 ................................................................................................................ 22 精度分析 ........................................................................................................................... 23 水準(zhǔn)測(cè)量精度分析 ...................................................................................................... 23 三角高程精度分析 ...................................................................................................... 24 GPS 測(cè)高精度分析 ........................................................................................................ 27 小結(jié) ................................................................................................................................... 28 4 結(jié)論 與展望 ....................................................... 30 結(jié)論 ................................................................................................................................... 30 展望 ................................................................................................................................... 30 致謝 ............................................................... 31 參考文獻(xiàn) ........................................................... 32 附錄 ............................................................... 33 1 1 緒論 測(cè)量學(xué)發(fā)展概況 測(cè)量學(xué)是一個(gè)十分重要的學(xué)科，大到國(guó)家國(guó)土安全，小到一座小水泥橋都需要用到測(cè)量，而無(wú)論什么測(cè)量我們都需要用到高程 測(cè)量，高程測(cè)量在測(cè)繪學(xué)中有著非常重要的地位 ,其常用的高程測(cè)量方法有幾何水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量和 GPS 高程測(cè)量。幾何水準(zhǔn)測(cè)量 。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。 作者簽名： 日 期： 摘要 高程測(cè)量是測(cè)量工作的一項(xiàng)基本工作，常用的高程測(cè)量方法除了幾何水準(zhǔn)法以外，還包括 EDM 三角高程測(cè)量和 GPS 高程測(cè)量。GPS高程測(cè)量 。 隨著電子科技的發(fā)展，人們的生活習(xí)慣也在發(fā)展，同樣我們的測(cè)量?jī)x器也在不斷的更新?lián)Q代，其發(fā)展大致分為三個(gè)階段 [1]： （ 1） 電子測(cè)距儀 (EDM)的出現(xiàn)。目前的全站儀己具備觀測(cè)、資料編輯與儲(chǔ)存、傳輸?shù)裙δ堋?GPS、 GIS 及 RS 的技術(shù)結(jié)合又給測(cè)量帶來(lái)新的發(fā)展方向。本文對(duì)這三種方法分別研究對(duì)比精度，從而可以根據(jù)不同條件選擇不同的測(cè)量方法。在線路勘測(cè)中 , 由于線路長(zhǎng) , 沿線會(huì)經(jīng)過(guò)山地、河流、丘陵、隧道等較復(fù)雜的地形 , 給水準(zhǔn)導(dǎo)線測(cè)量帶來(lái)很大很大的難度 , 并且要測(cè)量的工作量太大了，及其影響工程效益。為了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地得到挖煤機(jī)的采煤量，在其上安置了 3 臺(tái) GPS 接收機(jī)，與參考站無(wú)線電實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和差分動(dòng)態(tài)定位，挖煤機(jī)上兩點(diǎn)間距離的精 度可達(dá) 。 [12] 武漢大學(xué)與鐵道部第四勘察設(shè)計(jì)院共同完成的 “精密三角高程測(cè)量方法研究 ”項(xiàng)目，已通過(guò)國(guó)家測(cè)繪局主持的成果鑒定（ 2020/05/14 《科學(xué)時(shí)報(bào)》）。其原理是在用 GPS 測(cè)量技術(shù)間接確定地面點(diǎn)的正常高時(shí)，當(dāng)直接測(cè)得測(cè)區(qū)內(nèi)所有 GPS 點(diǎn)的大地高后，再在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇數(shù)量和位置均能滿足高程擬合需要的若干 GPS 點(diǎn)，用水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)取其正常高，并計(jì)算所有 GPS 點(diǎn)的大地高與正常高之差（高程異常），以此為基礎(chǔ)利用平面或曲面擬合的方法進(jìn)行高程擬合，即可獲得測(cè)區(qū)內(nèi)其他 GPS 點(diǎn)的正常高。該法稱為視線高法，也叫儀器高法。 （ 2）水準(zhǔn)標(biāo)尺的誤差 由于水準(zhǔn)標(biāo)尺上的水準(zhǔn)器誤差、水準(zhǔn)標(biāo)尺磨損、尺長(zhǎng)變化和彎曲的影響都會(huì)對(duì)測(cè)量的精度有所影響，因此，對(duì)于二等水準(zhǔn)這種高精度的水準(zhǔn)測(cè)量，水準(zhǔn)尺需經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)才可以使用。我們?cè)?A 點(diǎn)放置全站儀，在 B 點(diǎn)樹(shù)立棱鏡桿，照準(zhǔn)棱鏡，測(cè)出視線的豎直角 α，儀器高 i，和棱鏡桿高度 l，若測(cè)得 A、 B 兩點(diǎn)間的距離為 S，則 A、 B 兩點(diǎn)間的高差 hAB為： liSh AB ???? ?s in () B 點(diǎn)高程為 : ABAB hHH ?? () 9 圖 三角高程測(cè)量原理圖 三角高程測(cè)量的誤差來(lái)源 根據(jù)三角高程測(cè)量的基本原理，以及在觀測(cè)的過(guò)程中各種因素的影響，三角高程測(cè)量高差的主要誤差來(lái)源有：測(cè)距誤差、測(cè)角誤差、測(cè)量?jī)x器高和棱鏡高的誤差、地球曲率以及大氣折光影響。外界環(huán)境條件對(duì)觀測(cè)也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，如空氣清晰程度，會(huì)很大程度上干擾觀測(cè)時(shí)的瞄準(zhǔn)質(zhì)量，從而影響觀測(cè)值的精度。以上這兩項(xiàng)改正統(tǒng)稱為球氣差改正，改正數(shù)為 ???cf 。 （ 2）對(duì)向觀測(cè)法 對(duì)向觀測(cè)又稱往返觀測(cè)，其基本原理與單向觀測(cè)相同，先在 A 點(diǎn)架設(shè)全站儀， B 點(diǎn)放置棱鏡，求出高差值 h1，之后再將全站儀和棱鏡對(duì)換位置，求出高差 h2，最后以 h1 和 h2的高差中數(shù)作為測(cè)量結(jié)果，所以對(duì)向觀測(cè)的公式為： ? ? ???????? 121221121 s i ns i n[2121 liiSShhh ?? ? ? ? ? ]2121 2222112 RDkRDkl ???? () 由于在實(shí)際觀測(cè)過(guò)程中往返測(cè)間隔的時(shí)間非常短，我們可以認(rèn)為 kAB 的值和 kBA 的值是相等的，往返側(cè)的平距 DAB 和 DBA 的值也相等，所以公式（ ）整理后可以得到： 12 ? ? )s i ns i n(2121 2121221121 lliiSShhh ???????? ?? () 顯然，對(duì)向觀測(cè)公式中已經(jīng)消除了球氣差對(duì)觀測(cè)精度的影響，但是可以發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)中對(duì)精度影響很大的儀器高和棱鏡高的量取誤差任然無(wú)法消除，而中間觀測(cè)法則能很好的解決這一問(wèn)題。 表 電磁波測(cè)距三角高程的主要技術(shù)要求 等級(jí) 儀器 測(cè)回?cái)?shù) 指標(biāo)差較差（ ″） 垂直角較差（ ″） 對(duì)向觀測(cè)高差較差（ mm） 附合或環(huán)形閉合差（ mm） 三絲法 中絲法 四等 DJ2 1 3 ≦ 7 ≦ 7 D40 ?P20 五等 DJ2 1 2 ≦ 10 ≦ 10 D60 ?P30 目前普遍應(yīng)用的全站儀，具有測(cè)程遠(yuǎn)、精度高 (如 leica TCA2020 精度：測(cè)角精度 ″，測(cè)距 精度 1mm+lPm)、操作簡(jiǎn)單、功能齊全、可以進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通信以及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)完全代替了傳統(tǒng)的光學(xué)經(jīng)緯儀 (或電子經(jīng)緯儀 )與電磁波測(cè)距儀的組合，普遍地應(yīng)用于各種工程建設(shè)和測(cè)繪生產(chǎn)實(shí)踐中。 圖 三高系統(tǒng)示意圖 大地高：大地高系統(tǒng)是以參考橢球面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。一般用 h 表示。目前， GPS 高程轉(zhuǎn)換到正常高的方法很多，如 GPS 三角高程﹑曲面擬合法﹑繪等值線圖法﹑解析內(nèi)插法等。所謂 “光滑 ”是指 f(x)具有連續(xù)的一階導(dǎo)數(shù)。在 GPS 網(wǎng)中的點(diǎn)除能利用舊點(diǎn)已 有 的水準(zhǔn)高程外，應(yīng)根據(jù)需要適當(dāng)進(jìn)行高程聯(lián)測(cè)，在 GPS 測(cè)量規(guī)范中有這方面的具體要求。兩次試驗(yàn)中，試驗(yàn) 1 為地勢(shì)平緩的測(cè)段，而試驗(yàn) 2 為高差較大的測(cè)段。 在進(jìn)行觀測(cè)試驗(yàn)時(shí)，嚴(yán)格按照 下 表 所示各等水準(zhǔn)觀測(cè)的視線長(zhǎng)度、前后視距差、視線高度要求進(jìn)行測(cè)量 。 下面就 Trimble R8Modle 3GPS 接收機(jī) 談?wù)劸唧w步驟： （ 1） 在已知的 GPS 點(diǎn)之間建立 GPS 控制網(wǎng)，采用三臺(tái) GPS 聯(lián)測(cè)的方法進(jìn)行測(cè)量； （ 2） GPS 儀器的對(duì)中和整平，尤其要注意的是需要精平，之后再用鋼尺測(cè)出 GPS 點(diǎn)到 GPS 帽頂?shù)木嚯x記作儀器高； （ 3） 一個(gè)三角網(wǎng)的三臺(tái)聯(lián)測(cè)的 GPS 都完成 對(duì)中整平之 后同時(shí)開(kāi)機(jī) 測(cè)量； （ 4）完成全部三角網(wǎng)的測(cè)量后導(dǎo)出數(shù)據(jù)并計(jì)算平差符合條件后得出的各點(diǎn)高程即為各點(diǎn)的大地高。 24 根據(jù)規(guī)范可知二等水準(zhǔn)測(cè)量的限差為 L4 ,三等水準(zhǔn)測(cè)量的限差為 L12 ，四等水準(zhǔn)測(cè)量的限差為 L20 ，其中： L 為測(cè)段長(zhǎng)度，單位為 km，限差單位為 mm。2，測(cè)距 177。 104m。 ④ 高度量取誤差的影響 m4一般默認(rèn) 為 。 （ 3） 中間 觀測(cè)法測(cè)高程高差中誤差 最后我們求中間法的高差中誤差，其關(guān)系式為： ????? 2 22222 12122 2s2221s122 11s i ns i n ?? ???? msmsmmm 中間 22v2 1v2k14122k2422 4 14 1 mmmsRmsR ??? （ ） 式（ ）中 K 值由于在同一地點(diǎn)短時(shí)間內(nèi)幾乎沒(méi)有變化，所以 K1=K2=K,同樣的邊長(zhǎng)精度 ms ms2， 角度精度 mα mα2,棱鏡高精度 mv mv2都