GPS曲面擬合高程與水準(zhǔn)測量高程精度研究

彭傳伍 彭巖

吉林省航測遙感院 吉林 長春 130000

引言

在GPS高程測量工作中，通常情況下，大地水準(zhǔn)面與高程基準(zhǔn)面會出現(xiàn)相互制約的情況，這就使得GPS高程曲面擬合測量精度會大大的降低，但是在實際工程中使用GPS曲面擬合高程測量方法進行測量，可以有效地減少高程測量的工作量，降低測量人員的工作壓力，相對于這種測量方法來說，傳統(tǒng)的水準(zhǔn)高程測量法的精準(zhǔn)度更高，但是存在著工作量大，測量人員工作壓力大的缺點，同時測量效率也較低。

1 GPS高程系統(tǒng)

在GPS高程系統(tǒng)中，存在著正常高、正高、大地高三個子系統(tǒng)，這三個子系統(tǒng)中的大地高不具備物理意義，這個數(shù)據(jù)是通過高精度的數(shù)學(xué)模型來得到的，另外，三個子系統(tǒng)中的正高指的是以大地的基準(zhǔn)面作為一個衡量的標(biāo)準(zhǔn)，在實際測量工作中，一般會以正高的參數(shù)來表示高程，在GPS高程測量工作中，正高的參數(shù)是屬于唯一性數(shù)值，但是如果在GPS高程測量工作中只使用正高數(shù)據(jù)進行測量，會導(dǎo)致其測量的精準(zhǔn)度降低。

1.1 GPS高程曲面擬合方法建設(shè)

GPS高程曲面擬合方法的本質(zhì)就是一種多項式函數(shù)的擬合方法，在進行擬合時，工作人員通過構(gòu)建出一個GPS區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，并以大地作為參考面，將其視作曲面，高程的異常作為坐標(biāo)點的參數(shù)，應(yīng)用GPS系統(tǒng)中已經(jīng)構(gòu)建出的起算點作為其他點的高程異常參數(shù)，并應(yīng)用該系統(tǒng)中的其他參數(shù)作為基點，來進行其他高程異常一場參數(shù)的計算，用公式表示為η=f(x，y)+ξ，該公式中的ξ即為在進行擬合過程中所存在的各種誤差，并且這一誤差是不能夠通過各種方式進行消除的，此外，方程中的f(x，y)也可以用函數(shù)的方式來表達出來，其具體表達式為f(x，y)=a0+a1x+a2y+a3x2+a4xy+a5y2，在這個函數(shù)中，a表示為在擬合曲面中需要使用數(shù)學(xué)運算來求出的參數(shù)的數(shù)值，x、y分別為方程所位于坐標(biāo)軸中的橫向參數(shù)和縱向參數(shù)，將該函數(shù)方程中的一次項x、y和二次項x2和y2取出來之后，將其與高程中的坐標(biāo)點結(jié)合到一起就可以得出函數(shù)η=［a0a1a2a3a4a5］［1xx2xyy2］T+ξ，二如果只將上述函數(shù)方程中的一次項x、y取出來的話，就可以得到η=［a0a1a2］［1xy］T+ξ。

在GPS的高程擬合的過程中，需要對高程中的異常參數(shù)之間所存在的一些相關(guān)性進行合理的運用，以此來得出一個新的方程，并運用這個新的方程來對高程擬合過程中的各種參數(shù)進行測量，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2 水準(zhǔn)高程測量方法

2.1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

在進行高程測量工作時，需要運用到水準(zhǔn)儀進行外業(yè)數(shù)據(jù)的采集工作，并且在使用水準(zhǔn)儀進行外業(yè)數(shù)據(jù)的測量工作時，需要進行0.1毫米的估讀，也就是所，在進行長度為一千米的往返測量時，所讀取的數(shù)值的誤差要在兩毫米以內(nèi)，而在外作業(yè)時，需要使用雙面尺法來進行觀測，以此來保證外業(yè)數(shù)據(jù)觀測工作的高準(zhǔn)確率，以及數(shù)據(jù)的可靠性，

2.2 數(shù)據(jù)處理

再進行測量之后的數(shù)據(jù)處理工作時，工作人員需要對之前所記錄的各種數(shù)據(jù)進行合理的分析，并對數(shù)據(jù)中所存在的各種誤差進行處理，并嚴(yán)格的檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，之后在使用專用的數(shù)據(jù)分析軟件對之前記錄的數(shù)據(jù)進行處理，在數(shù)據(jù)的處理工作結(jié)束之后，工作人員還需要將使用分析軟件處理之后的數(shù)據(jù)與GPS高程擬合測量所得的數(shù)據(jù)進行對比，并根據(jù)工程的實際要求對數(shù)據(jù)進行平差，以此來降低施工過程中的風(fēng)險，提高數(shù)據(jù)的可靠性，發(fā)揮出數(shù)據(jù)測量的作用。

3 實際工程測量過程

3.1 工程概況

本文選取了肇慶市的一項工程作為實例進行分析，在該項目中，GPS曲面擬合高程測量工作的作用就是提高了交通系統(tǒng)的的運行效率，保障了該工程的施工能夠順利的開展，并且在該項目中，施工地點較為復(fù)雜，所包含的地形有丘陵、河谷等，這些復(fù)雜的地形導(dǎo)致了地方外部作業(yè)的施工難以順利的開展，此外，因為該項目的工程量較大，所涵蓋的面積較大，同時因為傳統(tǒng)的高程測量方式的效率較低，在短時間內(nèi)無法對該項目中的各種測量項目進行有效的測量，所以在該項目中選用了GPS高程擬合的測量方式。

3.2 GPS網(wǎng)觀測和數(shù)據(jù)處理

在使用GPS高程曲線擬合技術(shù)進行測量時，需要在需要進行測量的區(qū)域內(nèi)設(shè)置出觀測點，并且觀測點的數(shù)量不能太少，在該項目中，進行GPS高程擬合測量時所用的設(shè)備為雙頻GPS接收機，該儀器具有著高精度的優(yōu)點，并且為了對GPS曲面擬合測量法的最佳運行方案進行探尋，在該項目中還使用將水準(zhǔn)點的布置方式進行不斷變換的方法對其進行了測試。

通過將水準(zhǔn)點進行不斷的排布可以看出，在始端和末端的水準(zhǔn)點數(shù)目皆為三個個的時候，所測得數(shù)據(jù)中所存在的誤差是較大的，之后工作人員將始端和末端的水準(zhǔn)點數(shù)量都增加到了五個之后，發(fā)現(xiàn)測量的誤差減小，并且最大誤差數(shù)據(jù)的地點集中分布在測量區(qū)域的中心部分，之后工作人員又將水準(zhǔn)點的數(shù)量降低到了沒處兩個，測量之后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)末端和始端的水準(zhǔn)點數(shù)量都為兩個時，測量結(jié)果的誤差最大，并且越靠近兩端，數(shù)據(jù)的誤差越大，之后工作人員將始端和末端的觀測點數(shù)量進行了不斷的變化，但是測量結(jié)果都是不太理想，最后工作人員將水準(zhǔn)點在測量網(wǎng)中進行了均勻的排布，測量之后發(fā)現(xiàn)測量所得的數(shù)據(jù)是各個測量方法中誤差最小的一組。

4 結(jié)論

綜上所述。在進行GPS曲面擬合高程測量工作時，將觀測點進行合理的分布，可以有效地提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，并且在進行合理布置觀測點之后，GPS曲面擬合高程測量方法的精度要高于水準(zhǔn)高程測量法。