高程测量的精度研究摘要由于其高效方便，得到了迅猛发展，成为了现在地形测量、变形监测、低等级高程控制测量的首选。

近年来在理论和技术高速发展的带动下在平面测量精度和高程测量精度方面都得到了很大的提高。

硬件方面，扼流圈天线使得的多路径效应得到了有效的消除；理论方面，各种对流层、电离层延迟改正模型的提出及其应用，以及许多研究表明有效的消除误差理论的应用，使得的诸多与卫星及接收机之间的误差得到了很好的改正，所以在平面位置和高程的测量精度也进一步提高。

由于测量的大地高应用于实际时需要经过高程转换为正常高，中间转换过程中需要解算高程异常，一系列的计算使得在高程控制测量方面误差偏大，影响了高程控制测量在许多方面的应用。

本文在双频观测的基础上，通过解算原始的观测数据，建立一种区域的电离层延迟改正模型，取代现在最常用的克罗布歇模型来消除电离层对测量的影响，更好的消除电离层延迟的影响，以提高的解算数据的精度。

本文在阐述高程系统和高程测量原理的基础上，首先分析并总结了影响测高的各种因素及大地高的测定精度；其次对现有的高程转换方法进行了全面分析，结合工程算例，深入探讨了各种拟合模型的适合范围及精度情况；同时针对高程测量中几何方法转换的不足，本文研究了基于人工神经元网络转换高程的新方法，通过实例分析证明了该方法转换高程的可行性与可靠，对神经网络模型转换高程的BP网络结构中隐层单元数量的确定、隐含层数的确定、学习速率的选择、初始权值的选择、训练样本对网络泛化能力的影响等问题进行了较为深入的探讨。

为避免应用单一模型进行高程拟合方法的局限性，在吸收和学习己有研究成果的基础上，将不同的拟合模型进行迭加，提高高程异常的逼近精度和可靠性。

关键词：1、三角高程；2、测量精度；3、井下三角；4、GPS高程测量目录一、绪论 (4)二、基本概念概述 (6)（一）三角高程测量定义 (6)（二）三角高程测量基本原理 (6)（三）全站仪三角高程测量的技术指标 (6)三、测量精度分析 (9)（一）测量精度分析 (9)（二）误差方法的共同点 (9)（三）提高精度的措施 (10)四、井下三角高程测量的精度分析 (11)五、GPS高程测量精度 (13)（一）GPS高程测量概述 (13)（二）影响GPS测高的各种因素 (13)1、卫星分布不对称 (13)2、对流层延迟改正残差的影响 (14)3、基线起算点的坐标误差解算基线 (14)（三）GPS高程测量精度研究 (14)1、利用重力测量方法 (14)2、转换参数法 (14)3、GPS三角高程法 (14)4、联合平差法 (14)5、GPS水准法 (15)六、结论 (16)致谢 ................................................................................................ 错误！未定义书签。

参考文献 .. (17)一、绪论全站仪，即全站型电子速测仪（Electronic Total Station）。

是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。

因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪。

全站仪是一种集光、机、电为一体的新型测角仪器，与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生。

电子经纬仪的自动记录、储存、计算功能，以及数据通讯功能，进一步提高了测量作业的自动化程度。

全站仪采用了光电扫描测角系统，其类型主要有：编码盘测角系统、光栅盘测角系统及动态（光栅盘）测角系统等三种。

全站仪按其外观结构可分为两类：（1）积木型（Modular，又称组合型）早期的全站仪，大都是积木型结构，即电子速测仪、电子经纬仪、电子记录器各是一个整体，可以分离使用，也可以通过电缆或接口把它们组合起来，形成完整的全站仪。

（2）整体性（Integral）随着电子测距仪进一步的轻巧化，现代的全站仪大都把测距，测角和记录单元在光学、机械等方面设计成一个不可分割的整体，其中测距仪的发射轴、接收轴和望远镜视准轴为同轴结构。

全站仪几乎可以用在所有的测量领域。

电子全站仪由电源部分、测角系统、测距系统、数据处理部分、通讯接口、及显示屏、键盘等组成。

全站仪的主要特点如下：（1）电脑操作系统：全站仪具有像通常PC级一样的DOS操作系统。

（2）大屏幕显示：可显示数字、文字、图像，也可显示电子气泡居中情况，以提高仪器安置的速度与精度，并采用人机对话式控制面板。

（3）大容量内存：一般内存在1M以上，其中主内存有640K，数据内存320K，程序内存512K，扩展内存512K。

（4）采用国际计算机通用磁卡：所有测量信息都以文件形式记入磁卡或电子记录簿，磁卡优先采用无触点感应式，可以长期保留数据。

（5）自动补偿功能：补偿器装有双轴倾斜传感器，能直接检测出仪器的垂直轴，在视准轴方向和横轴方向上的倾斜量，经仪器处理计算出改正值并对垂直方向和水平方向值加以改正，提高测角精度。

（6）测距时间短，耗电量低。

全站仪具有角度测量、距离（斜距、平距、高差）测量、三维坐标测量、导线测量、交会定点测量和放样测量等多种用途。

内置专用软件后，功能还可进一步拓展。

全站仪的基本操作与使用方法： 1、水平角测量（1）按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标A 。

（2）设置A 方向的水平度盘读数为00000'''︒。

（3）照准第二个目标B ，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。

2、距离测量 （1）设置棱镜常数。

测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。

（2）设置大气改正值或气温、气压值。

光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15℃和760mmHg 是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为0ppm 。

实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值（也可直接输入大气改正值），并对测距结果进行改正。

（3）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。

（4）距离测量。

照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。

3、坐标测量（1）设定测站点的三维坐标。

（2）设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。

当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。

（3）设置棱镜常数。

（4）设置大气改正值或气温、气压值。

（5）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。

（6）照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。

二、基本概念概述（一）三角高程测量定义三角高程测量（trigonometric leveling ），通过观测两点间的水平距离和天顶距（或高度角）求定两点间高差的方法。

它观测方法简单，不受地形条件限制，是测定大地控制点高程的基本方法。

（二）三角高程测量基本原理随着科学技术的高速发展，测量设备也不断换代更新。

全站仪现已普遍用于控制测量、地形测量及工程测量中，并以其简捷的测量手段，高速的电脑计算和精确的边长测量，被广大测绘人员所钟爱。

图2.1三角高程测量原理图三角高程测量的基本原理如图2.1，A 、B 为地面上两点，自A 点观测B 点的竖直角为α2.1，S 0为两点间水平距离，i 1为A 点仪器高，i 2为B 点觇标高，则A 、B 两点间高差为212.102.1tan h i i S -+=α，上式是假设地球表面为一平面，观测视线为直线条件推导出来的。

在大地测量中，因边长较长，必须顾及地球弯曲差和大气垂直折光的影响。

为了提高三角高程测量的精度，通常采取对向观测竖直角，推求两点间高差，以减弱大气垂直折光的影响。

（三）全站仪三角高程测量的技术指标随着全站仪在工程测量中的广泛使用，全站仪三角高程测量也得到广泛的应用。

新颁布的《工程测量规范》对其主要技术要求作了具体规定，见下表2.1。

表2.1全站仪三角高程测量的技术指标 等级仪器测回数指标差较差(″)竖直角较差(″)对向观测高差较差(mm)附合或环形闭合差（mm ）三丝法中丝法四等2DJ 3 7±≤ 7±≤D 40±D ∑±20五等2DJ 1 2 10±≤ 10±≤ D 60± D ∑±30传统的几何水准测量在坡度较大的地区难以实施，由于测站太多，精度很难保证。

利用三角高程测量时，由于大气折光误差、垂直角观测误差以及丈量仪器仪器高和目标高的误差影像，精度很难有显著的提高。

理论和实践表明，当距离小于400m 时，大气折光的影像不是主要的。

因此只要采取一定的观测措施，达到毫米级的精度是可能的。

三、测量精度分析（一）测量精度分析根据三角高程测量中误差计算公式，可计算每测段高差中误差及归算为每千米路线的高差中误差。

如果垂直作业按平地、丘陵和山地的平均值，取为︒=5α；垂直角观测采用2DJ 级全站仪观测；取5.3m ''=α；边长测量中误差按全站仪测距精度s ppm mm s *22m +=计算；大气垂直折光系数中误差取5.0m ±=k ，i m 、v m 均按±8mm 计算。

可以看出仪器高与觇标高的量取误差较大，影响了整个三角高程的测量精度，若加大测段边长，可相对减小仪器高与觇标高的量取误差。

因此，全站仪三角高程测量，测段边长在500~800米间，其高差测量精度较好，可代替精度较低的水准测量。

如城市工程水准测量、线路水准测量等。

表4.1 全站仪三角高程精度表α1° 10° 20° 三等水准限差 四等水准限差项目m （mm ）S(m)2mh 2mh 2mh 12D mm 20D mm 502.913.48 3.86 2.684.47 100 3.15 3.41 4.09 3.79 6.32 300 4.995.19 5.736.57 10.95 5007.42 7.55 7.928.49 14.14 700 10.01 10.09 10.31 10.04 16.73 1000 14.00 14.01 14.05 12.00 20.00 200027.5727.4026.9216.9728.28标称精度通常是指仪器核心部件的设计加工精度和标准观测精度，只有在理想的环境条件下才有可能实现。

（二）误差方法的共同点在上述介绍的两种全站仪三角高程测量方法中，无论是对向观测法还是中间法观测，观测高差中误差均随着竖直角和观测距离的增大而增大。

这说明在三角高程的高差测量中，应尽量控制竖直角和观测距离在一定范围内。