GPS静态测量和四等水准测量的高程比对

中国新技术新产品

2011NO.15

andProducts

高新技术

GPS静态测量和四等水准测量的高程比对

陈奇

（广东省航运规划设计院，广东广州510050）

摘要：对GPS静态测量的原理和方法进行了探讨，并结合GPS静态测量应用的实际观测结果和四等水准测量高程的比对。

关键词：GPS；静态测量；四等水准中图分类号：TU198+.2文献标识码：A

1概述目前，GPS平面控制网在大量工程中已经得到了广泛的运用，但是GPS高程却运用得不够，人们期望着能够用GPS高程测量替代传统的水准测量，从而达到减少野外水准测量的工作量的目的。本文对GPS高程测量的原理和方法进行了初步的探讨，并结合实测量GPS高程测量应用的组成GPS水准混合网进行平差，并将其精度与四等水准测量精度指标进行比较，经实际工作验证，拟合出的正常高程能够满足一般工程四等水准测量精度要求，在一定程度上降低了生产成本。

2GPS高程系统基本原理2.1GPS高程转换

由GPS相对定位得到的三维基线向量，

可以得到高精度的大地高通过GPS网平差，

差。如果网中有一点或多点具有精确的GS-84坐标系的大地高程，则在GPS网平差后，可求得各GPS点的GS-84大地高H84。大地高是由地面点沿通过该点的椭球面法线到参考椭球面的距离，是一个几何量，不具有物理

它通过与水准测量资料、重力测量上的意义。

资料等相结合，来确定测点的正常高，具有重要的意义。但在实际应用中，地面点高程采用

地面点的正常高Hr是地面点沿正常高系统。

铅垂线至似大地水准面的距离。正常高系统为我国通用的高程系统有1956年黄海高程系和1985国家高程基准，都是正常高系统。这种高程是通过水准测量来确定的。

大地高与正常高之间的关系式：Hr=H84-s

GPS高程转换的关键是求高程异常值s，监视，又不需要特别详细。

基于观察者的方法通常在故障检测中用来产生期望的行为(如使用卡尔曼滤波器的极大似然估计)，但是需要精确的数学模型来开发监视系统和噪声源。虽然飞机动态部分能够很好的建模，但未知的扰动和人工控制元素的存在导致了模型的不确定性，而观察者则只能输出次优估计值，并且大量的建模不确定性限制了定

在一致性监视的应用中，定量的残差生成方法。

性和定量的残差生成技术可以并行使用，互相取长补短，避免由于建模不确定性带来的问题。

3.3一致性监视功能分析3.3.1残差生成

残差生成机制利用尽可能多的状态建立最佳测量来描述被监视的飞机是否运行在一致性

定义如下：

的状态，在此提出一致性残差CR，

求得s之后才能根据以上公式将GPS大地

高转换成我国目前实用的正常高，才能在实际工作中加以应用。

2.2拟合方法转换

2.2.1二次曲面拟合法是在拟合区域内的水准重合点之间，按削高补低的原则平滑出一个二次多项式曲面来代表拟合区域的似

高大地水准面，供内插使用。拟合范围越大，

程异常的变化越复杂，削高补低的误差也越大。平面拟合法使用范围比较窄，要求拟合区域地势平坦区域范围较小，似大地水准面接近一个平面，它通过少量的已知固定点拟合出简单的平面模型来近似表示似大地水准面。多面函数拟合是一种纯数学曲面逼近方法，它的出发点是在每个数据点上同各个已知数据点分别建立函数关系(这种关系表现为一规则的数学曲面)，将这些有规律的数学曲面按一定的比例迭加起来，就可拟合出任何不规则的曲面，且能达到较好的拟合效果。待定点是核函数和求解出的迭加系数的线性函数。很明显，多面函数的解算具有最小二乘配置和推值法的性质。最小二乘配置法中的协方差函数是一种统计函数，在高程异常资料稀少的地区很难确定。而多面函数的核函数可以按几何关系确定，它是距离的函数，且顾及了待定点和已知点间的相关关系，起着权系数矩阵的作用。

2.2.2采用的已知水准点越多，拟合精度

对于线状的测区，平就越高。在实际应用中，

均每4～8km应该有一个几何水准点参与拟合；对于面状测区平均每10km应该有一个几何水准点参与计算，这些点应尽可能包围

在地形复杂的测区，应适当增所有的拟合点。

加水准重合点观测。

2.3测量实例

为论证GPS高程测量的可靠性，我们在实际工程应用中的GPS控制网联测了四等水准测量，布设了共12点E级GPS点控制网，已充分考虑GPS网的图形强度，使GPS网网型合理，以提高GPS点的测量精度。观测仪器以南方9600型GPS12台以静态方式按同步测量一小时以上观测，同步图形之间

GPS采用边连接或网连接的方式进行观测，

接收有效观测卫星数均超过4颗，卫星截止

采样间隔为5秒，卫星分布高度角采用150，

几何图形因子（PDOP值）均小于8，观测成果以南方随机软件进行解算和拟合，其成果精度符合规范的要求。在平差解算时以曲面拟合求算GPS高程，曲面拟合时，GPS网内使用了四个水准联测点作起算，四个水准联测点分布于四个测区，能均匀分布和控制四个测区，同时GPS网内的拟合高程以8个点的Ⅳ等水准高程作校核，其基本情况如下表所示；

从上表可见，GPS拟合高程达到Ⅳ等水

的各个状 …… 此处隐藏：3477字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……