[摘要]GPS系统凭借其精度高、全天候、多功能和操作简便等优点，被广泛应用于测绘工程中。本文先分析GPS水准的原理和影响其精度的原因，再具体分析GPS水准在测绘工程中的应用。 

　　[关键词]GPS水准 测绘工程 应用和实践 

　　[中图分类号]P228.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-10-86-1 

　　0前言 

　　GPS水准测量方法是大型带状测区测量高程最常用的一种方法。GPS水准测量通过联测测区内一定数量的高级水准点，计算出未知点的高程异常，在水利工程测量中能够将测量效率大大提高，同时还能够保证测量的精确度，GPS水准测量具有精度高、速度快、观测时间短、坐标实施解算等优点。 

　　1 GPS水准概述 

　　1.1原理及方法 

　　GPS水准就是在小区域GPS网中，用水准测量的方法联测网中若干GPS点正常高，这些点可称之为公共点，然后根据公共点的大地高和正常高计算各个公共点的高程异常，然后有公共点的平面坐标和高程异常采用数值拟合计算方法，拟合出区域的似大地水准面，即可求出各点高程异常，并由此求出各GPS点的正常高。高程异常拟合函数模型有平面拟合法、二次曲面拟合法和三次曲面拟合法。它们都是利用GPS水准点的高程异常与点的平面坐标函数关系式，构建相应的误差方程。根据最小二乘原理求得模型的参数，从而实现区域似大地水准面的逼近。 

　　1.2影响测量的精度的原因 

　　1.2.1大地高测定误差 

　　大地高测定的精度是影响GPS水准测量精度的主要原因之一，因此要提高GPS水准测量的精度，必须有效地提高大地高的测量精度，在实际工作中最好选用双频GPS接收机。观测时应选择最佳的卫星分布，注意选点以减弱多路径误差及对流层延迟误差。 

　　1.2.2几何水准测定误差 

　　几何水准测定的精度好坏直接关系到拟合数学模型的建立，是否能正确反应测区内高程的异常变化，所以一定要保证用于拟合起算数据的水准成果具有相当好的精度。 

　　1.2.3几何水准点的分布及数量 

　　建立拟合数学模型时，拟合起算数据的水准点最好能均匀地分布于拟合区域中，一般取拟合区域周边和中部一定数量的水准点，根据工作经验一般取6～8点以上为好。这样才能更好地获取测区的高程异常变化，同时水准点个数越多，求出的未知精度越高，同时水准点数多时也可以拟合结果起到检核作用。 

　　1.2.4选择的数学模型 

　　用GPS测量成果与几何水准来建立拟合数学模型反映高程异常的变化情况是切实可行的。但由于大地水准面是不规则的面，在不同地区和地形条件下，其大地水准面的变化不同，所以在选择拟合数学模型时，应根据测区的规模来选择不同的拟合模型以取得较好的效果。同时在一般情况下，最好采用两种以上的拟合方法来判定，使得拟合结果更为可信。 

　　GPS水准的精度由GPS测定误差、已知水准点误差和拟合误差等组成。GPS测定误差和水准点误差可以通过优化施测方法得到保证，而拟合误差则与测区地形条件、拟合数学模型及水准点分布数量密切相关，因此，在实际作业前制定周密和切实可行的施测方案，以保证GPS水准的施测精度达到四等水准的要求是完全可以的。 

　　2水准测量的工程实例 

　　2.1神华煤油项目控制网 

　　该网布设为D级网，全网共布设84个点，全部施测四等水准，沿管线呈带状分布，东西走向地形西高东低，东西部高差最大为52m左右，高程异常变化幅度达0.49m，为了探讨建立GPS测量成果与几何水准拟合数学模型的建立情况，分别对采用平面拟合及二次曲线拟合的方案进行了拟合。 

　　当采用平面拟合方法时，拟合精度是否满足施测精度与水准点的多少有关，当参与拟合水准点达到一定多的程度时，拟合精度符合Ⅳ等水准的要求，而采用二次曲面拟合时，选用测区四周点及测区中部点作为拟合的起算数据时，拟合结果完全符合四等水准的要求。 

　　2.2乌兰浩特至突泉公路测 

　　该工程为条带图测量，线路主线长度达82�，共布设GPS点95个。全部用四等水准联测。直接采用二次曲面拟合法，用周围及中部水准点作为拟合起算数据，拟合结果完全达到四等水准要求。另外，我们在集丰公路、通辽至舍伯吐、棋盘井南翼等测区中部进行了比较，得到满意的效果。 

　　2.3集宁至丰镇公路测量 

　　集丰公路GPS控制网，同时进行了三等水准测量，整个测区跨度四幅1∶5万地形图1、2、3、4，线路总长约70km，属山岭区，整个测区GPS控制网和三等水准往返观测的各类闭合差均满足要求。 

　　若取一个重合点进行拟合计算，则在各点上拟合后的高程与水准测量的结果之差最大与最小的差异为1.4m，这说明椭球面与水准面存在一定的系统性倾斜，以致在某些区域与水准高程系统的差异大于1m，这对进行与正常高高程有关的设计时会有一定的影响。采用多个重合点建立拟合基准面，此处在测区内选取1、10、20、30、40、46、53共7个点为重合点采用曲面模型建立拟合面作为高程基准面，GPS大地高拟合后归算到该基准面，水准测量附合于GPS点，其闭合差按比例调整。表1是第一段的比较结果。从该结果可以看出，当仅在1点重合可建立大地高高程系统，当距重合点的距离越远时，其与正常高高程的差值越大，说明椭球面与水准面有系统性的倾斜。当采用多个点建立的拟合高程基准面时，拟合基准面高程与正常高之差则大为减小，完全能够满足道路工程应用的要求。 

　　3总结语 

　　GPS测定误差和水准点误差可以通过优化施测方法得到保证，而拟合误差则与测区地形条件、拟合数学模型及水准点分布数量密切相关，因此，在实际作业前制定周密和切实可行的施测方案，保证GPS水准的施测精度达到四等水准的要求是完全可以的。 

　　参考文献 

　　[1]魏海峰.GPS在工程测量中的应用分析[J].中国石油和化工标准与质量，2011（06）. 

　　[2]周忠谟.GPS卫星测量原理与应用.北京：测绘出版，2002（09）.