GPS技術(shù)在高程測(cè)量方面的應(yīng)用探討

付 饒

(哈爾濱市阿城區(qū)統(tǒng)一征地工作站，哈爾濱 150300)

GPS技術(shù)在高程測(cè)量方面的應(yīng)用探討

付 饒

(哈爾濱市阿城區(qū)統(tǒng)一征地工作站，哈爾濱 150300)

隨著全球定位系統(tǒng)在社會(huì)各界的廣泛應(yīng)用，測(cè)繪界也對(duì)GPS技術(shù)投以高度的關(guān)注，并將其運(yùn)用于測(cè)繪工作，在測(cè)繪工作中發(fā)揮了高精度、高速度、全天候及靈活布網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，但是由于實(shí)際高程異常情況下，由GPS定位系統(tǒng)獲得的三維空間信息并不能完全滿足測(cè)量大地高程的需求，一般多使用幾何水準(zhǔn)的測(cè)量方法確定正常的GPS點(diǎn)高，而這種測(cè)量方法的工作量較大，不方于測(cè)量。通過(guò)分析GPS技術(shù)在實(shí)際測(cè)繪工作中的應(yīng)用，提出利用GPS技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的工作方法和建議。

全球定位系統(tǒng)；高程測(cè)量；擬合方法

隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，它以自身的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于測(cè)繪界，但是由于高程異常的實(shí)際影響，多數(shù)情況均采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量的方法進(jìn)行正常GPS點(diǎn)高的確定，然而這種方法的工作量較大，有時(shí)不方便進(jìn)行。GPS定位所提供的大地高程成果對(duì)高程控制網(wǎng)的建立有著較大的影響，本文對(duì)通用的幾種利用GPS大地高程進(jìn)行正常高的推算方法進(jìn)行分析，結(jié)合其實(shí)際的應(yīng)用情況提出一些方法及建議。

1 概述高程系統(tǒng)

高程系統(tǒng)是由GPS定位系統(tǒng)中獲取三維空間的信息，進(jìn)一步得出三維基線的向量，再結(jié)合平差求得高精度大地高H84，在實(shí)際的測(cè)量中，我們一般應(yīng)用的是正常的高程H，它主要是地面點(diǎn)沿鉛垂線到大地水準(zhǔn)面之間的距離，通常采用幾何水準(zhǔn)的方法進(jìn)行正常高的測(cè)量。因此，想要利用GPS技術(shù)測(cè)量大地高程，就要研究如何將大地點(diǎn)H84轉(zhuǎn)換到正常高H的方法。

2 擬合方法

測(cè)定高程異常多用天文水準(zhǔn)與天文重力水準(zhǔn)兩種方法，但是這兩種方法所用到的資料都很難獲得，這樣就需要在GPS網(wǎng)的布設(shè)中，選擇分布較均勻的一些點(diǎn)，用幾何水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)到高程，求得高程異常值，再以數(shù)學(xué)擬合的方法計(jì)算各GPS點(diǎn)的高程異常值，最后求出各點(diǎn)的正常高H。結(jié)合GPS與水準(zhǔn)兩種測(cè)量資料，建立數(shù)學(xué)模型以模擬高程異常狀態(tài)，依據(jù)網(wǎng)點(diǎn)的位置參數(shù)對(duì)測(cè)量區(qū)域內(nèi)任意一點(diǎn)的高程異常值進(jìn)行計(jì)算。常用的幾種方法：第一，等值線圖示法。它是依據(jù)已知的高程異常值將測(cè)量區(qū)域的高程異常繪成等值線圖，使用內(nèi)插的方法對(duì)未知高程異常值進(jìn)行確定，最后求出正常高H。需要注意的是，在使用這種方法時(shí)，必須為其提供完全的水準(zhǔn)測(cè)量資料，均勻分布GPS的觀測(cè)點(diǎn)，保證高精度的大地高的測(cè)量。第二，平面擬合法。它一般被用于測(cè)量區(qū)域及地形起伏較小的地區(qū)，將已知點(diǎn)的高程異常值用最小二乘法得出擬合參數(shù)，求出其他各點(diǎn)的高程異常值，最后得出正常高H。第三，二次曲面擬合。它一般被用于測(cè)量區(qū)域范圍及地形起伏較大的地區(qū)，它是以6個(gè)或者更多點(diǎn)的高程異常值來(lái)求得擬合參數(shù)，以GPS其他各點(diǎn)的坐標(biāo)求得高程異常值，最后求得正常高。第四，曲線擬合。多被用于特殊的工程網(wǎng)中正常高的求取。

3 實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)

結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)，我們對(duì)多區(qū)域的測(cè)量進(jìn)行了GPS水準(zhǔn)測(cè)量和幾何水準(zhǔn)測(cè)量之間擬合數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證與比較，得出相關(guān)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)成果。

3.1 對(duì)神化煤制油項(xiàng)目控制網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)研究

神化煤制油項(xiàng)目的控制網(wǎng)屬于D級(jí)，一共分設(shè)了84個(gè)點(diǎn)，都施以四等水準(zhǔn)測(cè)量，沿管線作帶狀分布，呈東西走向，且本部高于東部最大差為52 m左右，高程的異常變化幅度為0.49 m，并對(duì)其分別用平面擬合與二次曲線擬合的方案進(jìn)行了擬合。在運(yùn)用平面擬合方法中不難看出，擬合的精度由水準(zhǔn)點(diǎn)的多少來(lái)決定，當(dāng)擬合水準(zhǔn)點(diǎn)多到一定數(shù)量的時(shí)候，擬合的精度符合三等水準(zhǔn)。在運(yùn)用二次曲線的擬合方法時(shí)，測(cè)量區(qū)域外周圍的點(diǎn)和中部的點(diǎn)作為擬合的起算數(shù)據(jù)時(shí)，按慣例結(jié)果則完全符合四等水準(zhǔn)的要求。

3.2 對(duì)烏蘭浩特到突泉公路的測(cè)量研究

烏蘭浩特到突泉的公路是條帶圖測(cè)量工程，其主線路長(zhǎng)達(dá)85 km，一共分設(shè)了95個(gè)點(diǎn)，全部都采用四等水準(zhǔn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。直接用周圍的水準(zhǔn)點(diǎn)同中部的水準(zhǔn)點(diǎn)作起算數(shù)據(jù)，擬合的結(jié)果符合四等水準(zhǔn)。我們還在烏蘭浩特周圍其他地區(qū)進(jìn)行了擬合試驗(yàn)，所得出的效果都令人滿意。

3.3 對(duì)其他工程的擬合比較

針對(duì)其他工程不同的區(qū)域范圍及地形條件，分別采用兩種擬合方法進(jìn)行了擬合，所得出的結(jié)果也都令人十分滿意。

4 分析GPS的水準(zhǔn)精度

GPS的水準(zhǔn)精度主要由測(cè)定和已知水準(zhǔn)點(diǎn)及擬合等的誤差來(lái)決定，我們可以通過(guò)優(yōu)化施測(cè)的方法保證GPS的測(cè)定誤差與水準(zhǔn)點(diǎn)誤差，但是所測(cè)區(qū)域的地形條件屬于求知項(xiàng)，同時(shí)要結(jié)合數(shù)學(xué)模型的擬合與分布的水準(zhǔn)點(diǎn)及數(shù)量的多少來(lái)決定。所以，為了保證GPS水準(zhǔn)的施測(cè)精度能夠符合四等水準(zhǔn)的要求，在進(jìn)行實(shí)際操作前，應(yīng)做到施測(cè)方案的周密性及其可行性。

4.1 強(qiáng)化大地高的測(cè)量精度

要想強(qiáng)化對(duì)GPS水準(zhǔn)的測(cè)量精度，就必須提高對(duì)大地高測(cè)量的精度，在實(shí)際測(cè)量中，使用雙頻GPS接收機(jī)來(lái)接收信號(hào)，選擇最好的衛(wèi)星分布來(lái)進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)應(yīng)減弱多路徑誤差并延遲對(duì)流層的誤差。

4.2 保證幾何水準(zhǔn)的測(cè)量精度

在建立擬合數(shù)學(xué)模型中，對(duì)幾何水準(zhǔn)精度的測(cè)量好壞將直接影響測(cè)量區(qū)域內(nèi)對(duì)高程異常變化的反映正確與否，因此，必須要保證幾何水準(zhǔn)成果的良好精度，才能更好的用于擬合起算數(shù)據(jù)。

4.3 掌控幾何水準(zhǔn)的詳細(xì)信息

建立擬合數(shù)學(xué)模型，將擬合區(qū)域中的擬算數(shù)據(jù)均勻分布，一般多選用區(qū)域周圍與中部的水準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行擬合，一般最好是取6～8個(gè)擬合水準(zhǔn)點(diǎn)，參與擬合的水準(zhǔn)點(diǎn)越多得出的未知參數(shù)精度越高，同時(shí)還可檢查擬合結(jié)果的正確度。

4.4 對(duì)數(shù)學(xué)模型的選擇

大地水準(zhǔn)是一個(gè)不規(guī)則的面，由于不同的地區(qū)地形環(huán)境的不同，大地水準(zhǔn)面也有著不同的變化，為了取得良好的效果，應(yīng)根據(jù)測(cè)量區(qū)域的規(guī)模選擇不同的擬合數(shù)學(xué)模型，為了保證擬合結(jié)果的可信程度，最好采取兩種以上的擬合方法來(lái)判定。但是結(jié)合實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于己知高程異常本身存在的擬合誤差在擬合數(shù)學(xué)模型建立的影響不置可否，而這方面工作還有待于以后的實(shí)踐去論證。

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ApplicationofGPStechnologyinelevationmeasurement

FU Rao

(Acheng District, Harbin Unified Land Acquisition Workstation, Harbin 150300, China)

With the wide application of GPS in all walks of life, the surveying and mapping community has also paid great attention to GPS technology and applied it to surveying and mapping. The surveying and mapping work has played the role of high precision, high speed and flexible cloth. However, due to the actual elevation anomaly, the 3D spatial information obtained by the GPS positioning system can not fully meet the need of measuring the elevation of the earth. Generally, the geometrical leveling method is mostly used to determine the normal GPS point height. By analyzing the application of GPS technology in the actual surveying and mapping work, this paper puts forward the suggestion to measure by using GPS technology.

Global positioning system; Elevation measurement; Fitting method

P228.4

A

1674-8646(2017)20-0058-02

2017-08-28

付饒(1977-)，男(滿族)，本科，工程師。