摘要：高程控制测量是工程测量中至关重要的工作之一，其精度高低直接决定着后续工作成果质量的好坏。高程测量按使用的仪器和测量方法来分，分为水准测量、三角高程测量、GPS 高程测量三种，对三种高程控制测量方法的精度进行了对比与分析。

关键词：水准测量;三角高程测量;GPS 高程测量;精度;误差

在工程的勘测设计与施工放样中，都必须要测定地面点的高程。高程测量是根据一点的已知高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。高程测量分为水准测量、三角高程测量、GPS 高程测量三种。

一、水准测量

水准测量是高程测量中最常用的方法。为了满足各种工程对水准点密度和精度的需要，国家测绘部门对全国的水准测量级别作了统一的规定，分为四个等级。以精度分，一等水准测量精度最高，四等水准测量精度最低;以用途分，一、二等水准测量主要用于科学研究，也作为三、四等水准测量的起算依据，三、四等水准测量主要用于国防建设、经济建设、重点工程建设。此外，水准测量受地形起伏的限制，外业工作量大，施测速度较慢。

水准测量误差有仪器误差、观测误差和外界条件的影响产生的误差。

仪器误差包括：视准轴不平行于水准管轴所产生的误差和水准尺误差。视准轴不平行于水准管轴所产生的误差是指仪器制造加工本身就存在精度误差，经过校正，仪器仍会存在一些残余误差。即i 角( 校正残余) 误差。在i 角保持不变的情况下，一个测站上的前后视距相等或一个测段的前后视距差总和为零即可消除误差。

水准尺误差主要包含尺长误差、刻划误差和零点差。对于较精密的水准测量，一般应选用尺长误差和刻划误差小的标尺。尺的零误差的影响，控制方法可以在高差中相互抵消，同时可以减弱刻划误差和尺长误差的影响。

观测误差包括：整平误差、视差、水准尺的倾斜误差。整平误差是由于符合水准气泡未能做到严格居中，造成望远镜视准轴倾斜，产生误差。只要观测时符合水准管气泡能够认真仔细进行居中，且对视线长度加以限制，与中间法一致，此误差可以消除。

视差的影响是指当存在视差时，尺像不与十字丝平面重合，观测时眼睛所在的位置不同，读出的数也不同，因此，产生读数误差。所以在每次读数前，控制方法就是要仔细进行物镜对光，消除视差。

水准尺的倾斜误差是指水准尺如果是向视线的左右倾斜，观测时通过望远镜十字丝很容易察觉而纠正。因此，在水准测量中，立尺是一项十分重要的工作，一定要认真立尺，使尺处于铅垂位置。

外界条件的影响包括：地球曲率、大气折光、仪器下沉的影响。地球曲率的影响是指对于高程而言，即使距离很短，也不能将水准面当作水平面，一定要考虑地球曲率对高程的影响。实测中采用中间法可消除。

大气折光的影响是指大气折光使视线成为一条曲率约为地球半径7 倍的曲线，视线离地面越近，折射越大，因此，视线距离地面的角度不应小于0.3m，其影响也可用中间法消除或减弱。

仪器下沉是指在一测站上读的后视读数和前视读数之间仪器发生下沉，使得前视读数减小，算得的高差增大。为减弱其影响，当采用双面尺法或变更仪器高法时，应使用“后、前、前、后”的观测程序。水准尺下沉的误差是指仪器在迁站过程中，转点发生下沉，使迁站后的后视读数增大，算得的高差也增大。采取往返测并取往返高差的平均值，可以减弱水准尺下沉的影响。

二、三角高程测量

全站仪三角高程测量简称EDM 测高，是利用测得的垂直角和距离推算两点间高差的一种高程测量方法，它具有测定高差速度快、简便灵活、不受地形条件限制等优点，特别是在高差较大，水准测量困难的地区较有利。

三角高程测量误差有竖直角的测角误差及仪器高i 和目标高v 的测定误差。其中，竖直角的测角误差包括观测误差、仪器误差及外界条件的影响。观测误差中有照准误差、读数误差及竖角指标水准气泡居中的误差等。照准误差、读数误差这两项纯属观测本身的误差。影响照准精度的主要因素有望远镜的放大率，目标与照准标志的形状及人眼的判别能力，目标影象的亮度和清晰度等。读数误差主要取决于仪器的读数设备。照准误差受外界因素的干扰比较大，消减观测误差可以通过选择有利的观测时间，作业员认真负责的进行观测等措施来进行。仪器误差中有属于制造方面的;有属于校正不完善所造成的误差等。以上种种误差有的可用适当的观测方法来消除或减低其影响，有的误差本身就很小，对测角精度影响不大。外界条件的影响主要是大气折射，另外，空气对流、空气能见度等也影响照准精度。所以要选择有利的时间段观测。对于仪器高i 及目标高v 的测定误差，测定地形点高程的三角高程测量，仅要求精确到厘米级。因此，测量仪器高i 的精度一般容易达到要求，而目标高即棱镜高v 有些情况下略为困难一些。总的说来，这两项误差均不构成主要影响。但在测定仪器高i 和目标高v 时仍要求认真仔细，以防操作马虎而使误差过大，发生错误。

三、GPS 高程测量

GPS 测量由于其高效性、经济性、实时性等特点已经在平面控制测量中得到了广泛的应用。人们迫切期望能够用GPS 高程测量代替传统水准测量，GPS 技术为确定正高提供了新的途径，而且精度较高，能满足工程测量的要求。但高程测量方面由于受坐标系统不一致、观测误差等的影响，其精度一直被认为不太可靠，仪器的标称精度也较平面定位精度低l 倍，导致目前在建立控制网时平面和高程分开建立现象，这在很大程度上限制了GPS 技术的应用。

GPS 测量是通过地面接收设备接收卫星传送的信息来确定地面点的三维坐标。影响GPS 高程测量精度的因素主要有卫星分布不对称、对流层延迟改正后的残差的影响、星历误差、基线起算点的坐标误差以及其他误差。其中，卫星分布不对称是指在确定平面位置时可以通过对观测时间段及卫星的选择来保证卫星分布的基本对称，从而消除或削弱距离测量中的偏差及卫星信号传播过程中的大气延迟误差、星历误差等误差对平面位置的影响。对流层延迟改正后的残差的影响是指对流层延迟改正模型本身的误差，气象元素的量测误差特别是测站上的气象元素的代表性误差，以及实际大气状态和理想大气状态之间差异等将影响对流层改正的精度。而对流层延迟改正不完善所残留下来的误差主要影响高程分量的精度，对于短基线这种影响更为明显。这是在GPS定位中高程精度不如平面精度的另一重要原因。卫星星历误差是GPS 定位中的一个主要误差源。除了上述误差外，基线起算点的坐标误差、电离层延迟改正后的残余误差，多路径误差，接收机天线相位中心的偏差及相位中心的变化，天线高的量测误差等也会影响GPS 高程测量的精度。