GPS静态高程于小区域控制测量的精度分析
韩凯，王列平
（安徽理工大学测绘学院安徽淮南232001）
摘要：静态GPS相对定位满足各等级平面控制测量要求已毋庸置疑,对于静态GPS 高程究竟达到何种精度, 至今没有明确的定论。通过实验的方法对GPS高程施测产生的不同结果进行分析,论述静态GPS的高程施测精度。
关键词:GPS高程；静态测量；水准测量；高程精度；误差
Analysis on small region static GPS height
precision
Han kai，Wang lie-ping
(School of Surveying and Mapping, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, Anhui, China)
Abstract:There is no denying that static GPS relative positioning meets the demands of each grade plane control survey, but static GPS height on earth reach which precision, many survey workers have different opinions. This paper makes analysis of different results which different GPS height survey project producted by experimental methods, in order to state static GPS height precision.
Key words:GPS height; static measurement; leveling; height precision; error
随着社会的发展及测量技术的不断更新，控制测量途径也越来越多样化。但是现在工程质量要求越来越高，作业的时间越来越短，工程越来越密集，为了完成密集的工程和达到质量高标准的作业质量，我们只有寻求更先进、更方便的生产工具以及更加快捷的工程软件来提高工作效率和质量，同时在工作上也减少大量的劳动强度。目前运用GPS技术就可以极大的满足现状。
GPS测量技术现在已广泛应用于社会建设的各个领域,已成为测绘工作的不可缺少的一种方法。在GPS测量中,能很容易得到WGS-84系统下的三维坐标,将观测数据通过数据处理可以很容易得到观测点的三维坐标,平面精度一般都能达到精度要求,但是得到的高程成果不一定满足工程建设要求,特别在山区。GPS得到的是大地高程, 也就是椭球高, 实际应用中所采用的高程为海拔高程(正常高)，两者之间存在高程异常值的差异,即:h=H-N,其中，h为一点的正常高程,H为该点的大地高程,N为该点的高程异常值(又称大地水准面差距)。
1 影响高程精度的因素
大地高系统是以参考椭球面为基准的高程系统。大地高是地面上某点沿通过该点椭球面的法线到参考椭球面的距离,即H；正高是地面上一点沿垂线方向到大地水准面的距离，即Hg,由于大地水准面很难精确确定,导致正高无法获得；根据前苏联大地测量学学者莫洛金斯基的理论,建立了正常高系统,架设了一个与大地水准面相近的似大地水准面,正常高就是地面任一点沿垂线到似大地水准面的距离。高程异常值就是大地高与正常高之间的差值。高程异常随地形变化和地区地层的密度等有很大关系,要想获得精确的正常高就要获取准确的高程异常值。
图一大地高、正高、正常高之间的关系
2 小区域控制测量GPS静态高程精度分析
一般普通地形测量区域在22
km以内,属于小面积测量。这些测量工作一般要
求和国家坐标系联测。它们的勘测工作,和其他工程一样,也要做首级控制网。由于GPS平面精度往往高于高程精度，平面精度能够达到厘米级，但高程精度较低，在做首级控制网时，平面和高程总是分开来做控制测量。我们通常采用GPS静态测量，将平面坐标传递到测区，取某一个GPS静态平差时高程误差较小的控制点高程，作为测区的已知起算点高程，通过三角高程测量或水准测量的方法进行测区各个控制点的高程传递。随着GPS 技术的不断提高，采用一定的观测方式，来提高静态高程精度,达到测区使用高程精度的要求,从而避免后期在测区中高程传递的工作,这样就可以减少大量的野外工作量,提高工作效率。
现在就以安徽理工大学本部校园和北校区校园三个GPS控制点做实验，该实测范围为0.22
km，地势较为平坦，相对高差不大。本实验使用鉴定合格的中海达HD8200X GPS三台接收机进行同步观测，GPS E级网共进行5个时段观测，各条基线边有效观测时段为3小时。用专用刚尺量取GPS接收机天线外边缘至控制点顶部中心距离（斜距），量取斜距时分别在脚架空挡互成0
120的位置各量一次，且三次斜距差不超过2mm。取中数作为斜距值。观测结束时再量一次作检核。
GPS E级网由起算点E级GPS点IT1109和2个待定点组成。采用中海达随机软件中海达HDS2003进行观测数据处理和平差计算。为了检验GPS基线向量网本身的内部符合精度以及基线向量之间有无明显的系统误差和粗差，GPS网首先在WGS-84 坐标系下进行了无约束平差。在无约束平差中，对GPS网观测值X、Y、Z坐标分量改正数均进行了检验，且全部检验合格，说明GPS 网的内部符合精度较好，外业观测成果可靠，平差结果满足规范要求。
利用中海达HDS2003软件，首先建立北京-54坐标系，中央子午线为0
114的3度带椭球，在此椭球下进行GPS网的三维约束平差，平差后基线相对误差最大为1/106195(距离为143.1168米)，最弱点北区IT110符合9的点位中误差为0.5mm，0.5mm。符合GPS E级网平面规范要求。
为了验证GPS 静态高程的精度是否可取，我们安照国家四等水准测量方法观测。高程控制网由一个三等水准点作为起算数据，外业严格按照国家四等水准规范要求，采用鉴定合格的徕卡电子水准仪进行观测采集数据。内业采用《南方平差易2005》按距离定权进行附合水准和闭合环形平差解算。每公里高差中误差
