在工程測量中，GPS已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，除此之外，水準(zhǔn)測量技術(shù)也是至關(guān)重要的，本文論述了GPS和水準(zhǔn)測量相結(jié)合的基本原理及工作方法，并得出了有益的結(jié)論。

　　《長春工程學(xué)院學(xué)報》(自然科學(xué)版)(季刊)創(chuàng)刊于2000年，是經(jīng)吉林省新聞出版局報請國家新聞出版署批準(zhǔn)的國內(nèi)外公開出版發(fā)行的高校學(xué)術(shù)理論刊物。立足本校科研教學(xué)，同時接受具有一定研究水平和應(yīng)用價值的校外稿件，歡迎有一定研究能力的教師、科研人員和工程技術(shù)人員等社會各屆賜稿。

　　1概述

　　目前，在工程測量中，一般使用GPS完成平面控制測量，而高程的獲取則采用水準(zhǔn)測量或三角高程測量的方法。這種方法適合于測區(qū)面積較小、控制點(diǎn)較少的工程。對于測區(qū)面積上百平方公里、控制點(diǎn)較多的水源工程不適合。由于GPS高程系統(tǒng)的特殊性，GPS高程還不能直接使用，因此只有將GPS和水準(zhǔn)測量相結(jié)合，綜合利用GPS成果和水準(zhǔn)測量的結(jié)果，才能把GPS高程轉(zhuǎn)化為實(shí)用的正常高。滿足工程的需要。

　　2基本原理

　　2.1幾種常用的高程系統(tǒng)

　　常用的高程系統(tǒng)包括大地高程系統(tǒng)、正常高系統(tǒng)和正高系統(tǒng)。大地高程系是以橢球面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。大地高的定義是，由地面點(diǎn)沿通圖1

　　過該點(diǎn)的橢球面法線到橢球面的距離，通常以H表示。GPS可以直接測量測站在WGS-84橢球中的大地高;正高系統(tǒng)是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的高程系統(tǒng)，正高是指由地面點(diǎn)沿該點(diǎn)的鉛垂線至大地水準(zhǔn)面的距離，通常用Hg表示;由于正高無法精確測定，工程中采用正常高系統(tǒng)，即我國采用的高程系統(tǒng)。正常高是指地面點(diǎn)沿鉛垂線到似大地水準(zhǔn)面的距離，通常用Hr表示。如圖1所示。

　　2.2GPS大地高和正常高的關(guān)系

　　由圖1可知：

　　Hr=H-ξ(式2-1)

　　其中ξ為似大地水準(zhǔn)面的高程異常。

　　似大地水準(zhǔn)面與橢球面的高程差，稱為高程異常。

　　由于似大地水準(zhǔn)面是一個不規(guī)則的曲面，高程異常無法精確求得。因此目前常用的方法是根據(jù)測區(qū)內(nèi)若干已知高程(通常為正常高或海拔高)，來擬合確定各點(diǎn)的高程異常值。

　　設(shè)GPS基線向量網(wǎng)經(jīng)三維無約束平差后，求得各點(diǎn)的大地高平差值為Hi，已知網(wǎng)中有m個點(diǎn)(網(wǎng)內(nèi)總點(diǎn)數(shù)為n個，m

　　則根據(jù)m個點(diǎn)的ξi值，列方程求得多項(xiàng)式(2-3)中的系數(shù)。當(dāng)m≥6時可確定所有系數(shù)，當(dāng)m≥3且m<6時可確定a0、a1和a2三個系數(shù)，當(dāng)m<3時只能確定a0一個系數(shù)。所以這種方法至少需要三個已知高程點(diǎn)。當(dāng)已知高程點(diǎn)分布均勻且測區(qū)內(nèi)地形平坦時，這種方法擬合確定的ξi精度可以達(dá)到10-20cm，甚至優(yōu)于5cm。在確定了多項(xiàng)式(2-3)中的系數(shù)后，即可應(yīng)用該式求j點(diǎn)(j=m+1，m+2，⋯，n)的ξj，然后有

　　Hrj=Hj-ξj

　　得到各點(diǎn)的海拔高程值。

　　3GPS和水準(zhǔn)測量相結(jié)合在某水源地復(fù)查綜合評價工程中的應(yīng)用-

　　3.1工程概述

　　本次工程經(jīng)分析和計(jì)算，最終為甲方提供電廠水源地復(fù)查綜合評價報告。面積約為860Km。最大高程210米，最小高程180米，平均高程195米，地勢較平坦。本次測量工作的主要任務(wù)是為地質(zhì)專業(yè)提供民井的坐標(biāo)和高程。由于測區(qū)面積較大，國家三角點(diǎn)及水準(zhǔn)點(diǎn)破壞嚴(yán)重，民井?dāng)?shù)量較多，加之時間緊、任務(wù)急，因此決定采用GPS和水準(zhǔn)測量相結(jié)合的方法，測定民井的坐標(biāo)和高程。

　　3.2工作方法

　　3.2.1收資及分析

　　通過收資發(fā)現(xiàn)，三個三角點(diǎn)分布在測區(qū)的中部且呈東西方向排列;兩個水準(zhǔn)點(diǎn)分布在測區(qū)的南部且相距16公里。由于水準(zhǔn)點(diǎn)沒有均勻分布在測區(qū)且數(shù)量較少，無法滿足高程擬合的要求。因此必須在測區(qū)布設(shè)水準(zhǔn)網(wǎng)。

　　3.2.2GPS測量

　　(1)布網(wǎng)方案

　　在測區(qū)中軸線附近選擇民井G11、#10和G45為基準(zhǔn)站，布設(shè)星形GPS網(wǎng)。

　　(2)作業(yè)過程及使用儀器

　　采用四臺JavadGPS接收機(jī)，按快速靜態(tài)作業(yè)模式，一臺GPS接收機(jī)分別架在G11、#10和G45保持不動，其他三臺流動，觀測20分鐘，并紀(jì)錄點(diǎn)號和儀器高。輸入數(shù)據(jù)采用隨機(jī)軟件“PCCDU”,基線解算和平差采用隨機(jī)軟件“Pinnacle”。滿足本次工程的要求。

　　(3)成果精度評定

　　基線解算及平差后成果精度見表1單位：mm

　　3.2.3水準(zhǔn)測量

　　水準(zhǔn)測量采用四等水準(zhǔn)。

　　3.2.4擬合高程

　　采用四等水準(zhǔn)測量的方法在GPS網(wǎng)的周邊和中部聯(lián)測了10個GPS點(diǎn)、2個三角點(diǎn)。采用隨機(jī)軟件“Pinnacle”進(jìn)行高程擬合。

　　GPS網(wǎng)高程擬合的精度見表2。

　　3.3檢查

　　檢查點(diǎn)采用G15、G36、#30、#41。

　　檢查點(diǎn)的精度見表3。

　　4結(jié)語

　　(1)GPS和水準(zhǔn)測量相結(jié)合適合大面積、地勢平坦的水源工程。

　　(2)檢查點(diǎn)要均勻分布在網(wǎng)的四周和中部。

　　(3)和常規(guī)方法比較，可以節(jié)約三分之二的水準(zhǔn)工作量。就此工程來說，所有民井的高程若采用水準(zhǔn)測量的方法測定，需四等水準(zhǔn)約600公里;而采用GPS和水準(zhǔn)測量相結(jié)合的方法，只需四等水準(zhǔn)約200公里。