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摘要：高程控制測量是工程測量中至關重要的工作之一，其精度高低直接決定著後續工作成果質量的好壞。高程測量按使用的儀器和測量方法來分，分為水準測量、三角高程測量、GPS 高程測量三種，對三種高程控制測量方法的精度進行了對比與分析。
關鍵詞：水準測量;三角高程測量;GPS 高程測量;精度;誤差
在工程的勘測設計與施工放樣中，都必須要測定地面點的高程。高程測量是根據一點的已知高程，測定該點與未知點的高差，然後計算出未知點的高程的方法。高程測量分為水準測量、三角高程測量、GPS 高程測量三種。
一、水準測量
水準測量是高程測量中最常用的方法。為了滿足各種工程對水準點密度和精度的需要，國家測繪部門對全國的水準測量級別作了統一的規定，分為四個等級。以精度分，一等水準測量精度最高，四等水準測量精度最低;以用途分，一、二等水準測量主要用於科學研究，也作為三、四等水準測量的起算依據，三、四等水準測量主要用於國防建設、經濟建設、重點工程建設。此外，水準測量受地形起伏的限制，外業工作量大，施測速度較慢。
水準測量誤差有儀器誤差、觀測誤差和外界條件的影響產生的誤差。
儀器誤差包括：視準軸不平行於水準管軸所產生的誤差和水準尺誤差。視準軸不平行於水準管軸所產生的誤差是指儀器製造加工本身就存在精度誤差，經過校正，儀器仍會存在一些殘餘誤差。即i 角( 校正殘餘) 誤差。在i 角保持不變的情況下，一個測站上的前後視距相等或一個測段的前後視距差總和為零即可消除誤差。
水準尺誤差主要包含尺長誤差、刻劃誤差和零點差。對於較精密的水準測量，一般應選用尺長誤差和刻劃誤差小的標尺。尺的零誤差的影響，控制方法可以在高差中相互抵消，同時可以減弱刻劃誤差和尺長誤差的影響。
觀測誤差包括：整平誤差、視差、水準尺的傾斜誤差。整平誤差是由於符合水準氣泡未能做到嚴格居中，造成望遠鏡視準軸傾斜，產生誤差。只要觀測時符合水準管氣泡能夠認真仔細進行居中，且對視線長度加以限制，與中間法一致，此誤差可以消除。
視差的影響是指當存在視差時，尺像不與十字絲平面重合，觀測時眼睛所在的位置不同，讀出的數也不同，因此，產生讀數誤差。所以在每次讀數前，控制方法就是要仔細進行物鏡對光，消除視差。
水準尺的傾斜誤差是指水準尺如果是向視線的左右傾斜，觀測時通過望遠鏡十字絲很容易察覺而糾正。因此，在水準測量中，立尺是一項十分重要的工作，一定要認真立尺，使尺處於鉛垂位置。
外界條件的影響包括： 地球曲率、大氣折光、儀器下沉的影響。地球曲率的影響是指對於高程而言，即使距離很短，也不能將水準面當作水平面，一定要考慮地球曲率對高程的影響。實測中採用中間法可消除。
大氣折光的影響是指大氣折光使視線成為一條曲率約為地球半徑7 倍的曲線，視線離地面越近，折射越大，因此，視線距離地面的角度不應小於0.3m，其影響也可用中間法消除或減弱。
儀器下沉是指在一測站上讀的後視讀數和前視讀數之間儀器發生下沉，使得前視讀數減小，算得的高差增大。為減弱其影響，當採用雙面尺法或變更儀器高法時，應使用“後、前、前、後”的觀測程序。水準尺下沉的誤差是指儀器在遷站過程中，轉點發生下沉，使遷站後的後視讀數增大，算得的高差也增大。採取往返測並取往返高差的平均值，可以減弱水準尺下沉的影響。
二、三角高程測量
全站儀三角高程測量簡稱EDM 測高，是利用測得的垂直角和距離推算兩點間高差的一種高程測量方法，它具有測定高差速度快、簡便靈活、不受地形條件限制等優點，特別是在高差較大，水準測量困難的地區較有利。
三角高程測量誤差有豎直角的測角誤差及儀器高i 和目標高v 的測定誤差。其中，豎直角的測角誤差包括觀測誤差、儀器誤差及外界條件的影響。觀測誤差中有照準誤差、讀數誤差及豎角指標水準氣泡居中的誤差等。照準誤差、讀數誤差這兩項純屬觀測本身的誤差。影響照準精度的主要因素有望遠鏡的放大率，目標與照準標誌的形狀及人眼的判別能力，目標影象的亮度和清晰度等。讀數誤差主要取決於儀器的讀數設備。照準誤差受外界因素的干擾比較大，消減觀測誤差可以通過選擇有利的觀測時間，作業員認真負責的進行觀測等措施來進行。儀器誤差中有屬於製造方面的;有屬於校正不完善所造成的誤差等。以上種種誤差有的可用適當的觀測方法來消除或減低其影響，有的誤差本身就很小，對測角精度影響不大。外界條件的影響主要是大氣折射，另外，空氣對流、空氣能見度等也影響照準精度。所以要選擇有利的時間段觀測。對於儀器高i 及目標高v 的測定誤差，測定地形點高程的三角高程測量，僅要求精確到釐米級。因此，測量儀器高i 的精度一般容易達到要求，而目標高即稜鏡高v 有些情況下略為困難一些。總的說來，這兩項誤差均不構成主要影響。但在測定儀器高i 和目標高v 時仍要求認真仔細，以防操作馬虎而使誤差過大，發生錯誤。
三、GPS 高程測量
GPS 測量由於其高效性、經濟性、實時性等特點已經在平面控制測量中得到了廣泛的應用。人們迫切期望能夠用GPS 高程測量代替傳統水準測量，GPS 技術為確定正高提供了新的途徑，而且精度較高，能滿足工程測量的要求。但高程測量方面由於受座標系統不一致、觀測誤差等的影響，其精度一直被認為不太可靠，儀器的標稱精度也較平面定位精度低l 倍，導致目前在建立控制網時平面和高程分開建立現象，這在很大程度上限制了GPS 技術的應用。
GPS 測量是通過地面接收設備接收衛星傳送的信息來確定地面點的三維座標。影響GPS 高程測量精度的因素主要有衛星分佈不對稱、對流層延遲改正後的殘差的影響、星曆誤差、基線起算點的座標誤差以及其他誤差。其中，衛星分佈不對稱是指在確定平面位置時可以通過對觀測時間段及衛星的選擇來保證衛星分佈的基本對稱，從而消除或削弱距離測量中的偏差及衛星信號傳播過程中的大氣延遲誤差、星曆誤差等誤差對平面位置的影響。對流層延遲改正後的殘差的影響是指對流層延遲改正模型本身的誤差，氣象元素的量測誤差特別是測站上的氣象元素的代表性誤差，以及實際大氣狀態和理想大氣狀態之間差異等將影響對流層改正的精度。而對流層延遲改正不完善所殘留下來的誤差主要影響高程分量的精度，對於短基線這種影響更為明顯。這是在GPS定位中高程精度不如平面精度的另一重要原因。衛星星曆誤差是GPS 定位中的一個主要誤差源。除了上述誤差外，基線起算點的座標誤差、電離層延遲改正後的殘餘誤差，多路徑誤差，接收機天線相位中心的偏差及相位中心的變化，天線高的量測誤差等也會影響GPS 高程測量的精度。
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