浅谈gps拟合高程代替水准测量的应用

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1、浅谈GPS拟合高程代替水准测量的应用广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院530023摘要：GPS平面控制网己经得到了广泛的运用，但是GPS高程测量却运用得还不够，人们期望着能够用GPS高程测量代替传统的水准测量。在平原或丘陵地区，拟合出的正常高高程能够满足一般工程和大比例尺测图的精度要求,在一定程度上降低了牛产成木。木文对GPS高程测量的原理和方法进行了初步的探讨，并结合GPS高程测量应用的实例，建立了高程转换的数学模型。通过实测数据验证了GPS高程拟合代替水准测量的可行性。关键词：GPS高程拟合；高程异常；水准测量；精度GPS高程问题是

2、GPS测量中一个很重要的方面，GPS测量具有无需通视、全天候、高精度、自动化程度高、操作简便、工作效率高的特点，应用GPS测量高程是许多测量单位比较关心的问题，人们期望着能够用GPS高程测量代替传统的水准测量。笔者从事水利行业测量工作，新一期《水利水电工程测量规范》却没能明确GPS高程代替传统水准的相关规定。木文从理论上分析并通过工程实践进行了应用验证推导采用等级GPS高程测量代替三、四等水准测量的方法，有效提供水利测量工作效率。GPS高程测量原理GPS定位中的高程坐标分量是相对于WGS-84参考椭球的大地高H,而我国采用的是正常高系统，

3、因此，在实际应用中要把GPS大地高转换为正常高，其转换公式为：Hr=H-ζ式中，H为正常高，H为大地高，ζ为高程异常。高程异常ζ是参考椭球面与似大地水准面之的高程差。根据一定数量的水准重合点就可以拟合出待求点的高程异常。正常高正常高是以似大地水准面为基准，地面点到似大地水准面的距离，叫做正常高，用h表示。似大地水准面和大地水准面十分接近。地面点的正常高不随水准测量路线的变化而变化，是唯一确定的值，同时也是我们实用的高程。大地高大地高系统是以椭球面为基准的高程系统，GPS大地高是基于WGS84椭球的高程。GPS

4、高程就是利用GPS测量的地面点相对于WGS-84的大地高，解决GPS高程的方法就是通过一定的方法计算将GPS大地高转换至相应的水准高程（即正常高）。似大地水准面与参考椭球面之间的差距称为高程异常，一般可用天文水准或天文重力水准的方法获得。似大地水准面与参考椭球面之间的距离称为高程异常，用ξ表示。严格地讲，它还应考虑参考椭球面法线与铅垂线的差异（垂线偏差）的影响，但由此引起的高程异常一般不超过±O.lmm,完全可以忽略。GPS大地高转换至相应的水准高程的方法主要用高程拟合法，高程拟合法有两种转换方法，一种是根据莫洛金斯基

5、公式逐点计算椭球面差距，在此基础上进行高程的拟合，将本地椭球面上的大地高转化成正常高。将GPS大地高转化到当地参考椭球面上，再由当地参考椭球面求解到似人地水准面，第二种方法是需要有足够的水准点来确定大地水准面与椭球面之间的差，直接用GPS大地高根据已知的正常高进行高程拟合来求解大地水准面高。此法精度较高。如果在布设一个GPS网吋，有意识地使少数GPS点布设在已有水准点上，或者通过水准联测使少数GPS点也具有水准高程。这样一个网中，有少数点既具有大地高，也具有正常高，从而也就有高程异常ξ,可望通过少数点的高程异常得到其它点的高程异常，

6、达到使人地高转化为正常高（水准高程）的要求。确定高程异常的解析法，其主要任务在于建立既能与测区似大地水准面最佳拟合，又便于应用的数学模型。假设，X,Y为任一点的平面坐标，则其高程异常，可一般地表示为：∈=f（X,Y）这里，f（X,Y）为与测区似大地水准面相拟合的数学面。根据测区的实际情况，f（X,Y）可取以下几种常用形式:平面拟合：f(X,Y)=aO+alX+a2y二次曲面拟合：f(X,Y)=aO+alX+a2y+a3X2+a4Xy+a5y2为分析GPS高程拟合精度.我们在驮英水库灌区测区进行了GPS水准高程的试验。施测采用8台

7、南方S86T静态GPS接收机进行观测，控制网GPS点个数为47个，施测等级为D级，采用静态测量方式。测区内的12个GPS点(含国家点)都已经接测精度达三等高程水准。GPS测量要求：静态测量，每个时段不少于90分钟，卫星几何图形强度因子GDOP≤8,卫星截止高度角≥15°,观测卫数≥4,天线标志线指向北，对中误差≤1.0mmo基线向量的解算采用随机软件TBC2.3和科傻进行平差。本次高程拟合时采用基本控制点6个，其余6个已知高程点做为校核所用，参与拟合的6个GPS点在测区内分布较均匀，采用曲面拟合法进行高程拟

8、合，经严密平差后，求得其他41个GPS点的拟合高程，把作为校核的6个点的水准高程值与GPS拟合高程值。高程对比如表1在表2中，K为路线或测段的长度，单位为kmoL为附合路线(环线)的长度，单位