市政工程中GNSS高程代替四等水准的可行性分析

【摘 要】目前GNSS高程已经得到了充分的应用。以某市政道路测量项目为例，分析了已有GNSS控制测量数据和三等水准数据的精度，选择GNSS/水准点使用直线拟合法进行高程拟合，分析拟合高程的精度。结果表明，在平坦区域，拟合后GNSS高程可以达到四等水准的测量精度。

【关键词】GNSS，大地高，四等水准，高程拟合

市政工程是指城市道路、桥梁、排水、污水处理、城市防洪、路灯等公共事业工程。随着科学技术的发展，GNSS技术已经普遍应用于市政工程中。GNSS测量可以获得高精度的大地高，而工程建设项目一般使用正常高，需要进行高程转换。若有高精度似大地水准面模型， 可以直接获得高精度高程异常进行转换；若测区没有似大地水准面模型，一般通过联测一定数量的GPS/水准控制点，利用数学拟合法转换。市政工程测量对高程精度要求较高，这就一定程度上制约了GNSS高程在市政工程中的应用。分析GNSS高程能否代替四等水准在市政工程测量中应用，对于充分利用GNSS的观测成果，意义重大。

1 已有数据分析

1.1 工程概况

为了完善快速路网结构、均衡路网流量、疏解老城交通、发挥路网整体运行效率，进行某市政道路改造工程。该市政工程道路全长约18km，共计布设E级GNSS控制点8个，所有GNSS控制点均联测三等水准。

在该市政道路控制测量项目中，GNSS控制测量外业数据采集使用4台双频接收机按照静态定位观测方法进行观测，在观测前要对仪器进行检定，并提前了解GNSS卫星可见性预报表，选择最合适的观测时段。作业过程严格按照相关测量规范的要求进行。卫星高度角≥15°，有效观测卫星总数≥4颗，观测时段数≥1.6，时段长度≥40min，数据采样间隔10s。

野外测量结束后，进行内业数据处理。经过基线处理与向量结算，WGS84坐标系下三维无约束平差，二维约束平差，得到最终的解算结果。经统计，约束平差中控制点最弱点点位中误差为±0.096cm。可以看出，本次测量的E级GNSS控制网的精度较高，可以作为首级控制测量成果。

1.3 三等水准测量数据

完成外业数据的采集后，对数据进行处理。首先检查记录手簿，查找是否存在由于记录大意导致的错误。完成初步检查后，利用清华NASEWV3.0高程测量控制网数据处理自动化软件系统进行平差计算，该三等水准测量项目平差结果如下：附合路线闭合差为19mm，远小于三等水准限差要求。

3 GNSS高程代替四等水准的可行性分析

3.1 GNSS高程拟合方法

当需要拟合的高程点近似线状分布时，可以用直线或曲线来拟合测线方向及方向线左右任一点的高程异常。若将坐标系转换成 与测线方向重合， 与测线方向垂直， 设测点的高程异常 和拟合坐标 的函数关系为

（1）

在本项目中，由于市政道路的距离较短，测区地形平坦，故采用直线拟合的方法。高程拟合时GNSS/水准控制点选择线路起点及终点。

3.2 GNSS高程拟合结果

选择线路起点及终点的GNSS /水准控制点进行拟合计算，剩余GNSS/水准控制点进行精度统计。根据公式（1），计算未参与拟合的GNSS控制点高程异常，从而将大地高转换为正常高。由于三等水准高程精度较高，与GNSS拟合高程对比时可以视为真值，求取GNSS拟合高程与三等水准高程间的较差及该点到参与拟合的最近GNSS/水准控制点距离，根据等级水准限差判断GNSS拟合高程达到的精度，统计结果见表1。

可以看出，GNSS拟合高程与三等水准高程较差较小，均在30mm以内，GNSS拟合高程精度较高。从整体看，在地势平坦区域的带状测量项目中，选择合适GNSS/水准控制点使用多项式曲线拟合，可以满足四等水准精度。

4 结束语

使用E级GNSS控制网、三等水准测量成果进行了高程拟合，根据拟合结果，在平坦区域，使用多项式曲线拟合可以达到厘米级精度，能满足四等水准的精度要求。由于GNSS高程拟合成果缺乏必要的检核条件，使用GNSS拟合高程时，应进行精度检核，可以采用传统水准测量检核或全站仪三角高程检核。随着各地厘米计似大地水准面的建立，GNSS高程拟合精度将会更高，计算更方便，将得到更广泛的应用。

参考文献

[2]肖建华，王厚之，李江卫，等.武汉市区域似大地水准面精化成果应用[J].地理空间信息，2008（2）.

[3]俞建康，蒋惠新.长线路测量坐标系建立与GPS的应用[J].现代测绘，2011（34）.