gps高程擬合代替三等水準(zhǔn)可行性研究

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1、GPS高程擬合代替三等水準(zhǔn)可行性研究摘要：GPS高程擬合精度一直是人們研究的焦點(diǎn)，本文依托京滬高速鐵路精測網(wǎng)，采用不同模型進(jìn)行了高程擬合并根據(jù)水準(zhǔn)測量結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，證明GPS高程擬合能達(dá)到三等水準(zhǔn)測量精度。關(guān)鍵詞：高程擬合；模型；水準(zhǔn)1引言GPS能夠提供WGS-84坐標(biāo)系下的精確三維坐標(biāo)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以后也能提供精度相當(dāng)?shù)钠矫孀鴺?biāo)。而在高程方面，GPS高程能否達(dá)到等級水準(zhǔn)測量的精度，還是人們探討的一個課題。GPS測量得到的高是大地高，即地面點(diǎn)沿法線方向到參考橢球面的距離，這與我們常用的水準(zhǔn)高程之間存在一個高程異常，為此，我們要通

2、過GPS高程得到精度相對較高的水準(zhǔn)高程就必須獲得高精度的GPS大地高和當(dāng)?shù)氐母叱坍惓！?shí)際上，GPS測高主要包括三個方面：（1）使用GPS測量橢球高；（2）運(yùn)用一個大地水準(zhǔn)面模型；（3）將最終要得到的正常高(或正高)擬合到高程基準(zhǔn)面上。以上三個方面限制了運(yùn)用GPS測量高程，它們依GPS測量的范圍不同而影響大小也不一樣。在一般的外業(yè)觀測中，影響GPS三維坐標(biāo)的因素主要有以下一些：1．觀測信號方面的影響（1）相位整周模糊度解算是否可靠直接影響三維坐標(biāo)。（2）多路徑效應(yīng)的影響分為直接的或間接的，并能對三維坐標(biāo)產(chǎn)生分米級的影響。間接影響

3、是指影響求解整周模糊度。在有足夠的觀測時間時，衛(wèi)星幾何位置的變化將能通過平均將其影響減小，然而當(dāng)觀測時間較短時，多路徑效應(yīng)影響將變得很大。盡管硬件和軟件能降低多路徑效應(yīng)影響，選擇好的站點(diǎn)避免多路徑效應(yīng)以及增加多余觀測以發(fā)現(xiàn)殘差的影響仍然是很重要的。（3）電離層也對三維坐標(biāo)產(chǎn)生影響。電離層的影響在基線長于20km時將變得很大，雙頻觀測向量能消去大部份的電離層影響。這種影響在地極處以及地球赤道附近要比其他地方大些并隨太陽周期變化而變化。因此，在某些地區(qū)和某個時間，電離層的影響很大，特別是對于單頻接受機(jī)。即使對于短邊，對流層延遲也將產(chǎn)

4、生很大的影響，可達(dá)到幾厘米。（4）天線高是一個明顯的誤差來源。如果使用三角架，由于高度經(jīng)常變化，所以外業(yè)要求必須對天線高測量進(jìn)行檢查。而且在量取儀器高度的時候，所得地面點(diǎn)到儀器的高度是斜距，并不是二者的垂直距離。如果使用儀器本身配帶的具有改正系數(shù)的尺子可以減小這種誤差，大多數(shù)情況下這種誤差的影響是很大的。2．大地水準(zhǔn)面模型方面的限制GPS測量得到的是橢球高(H)，為了獲得正常高()，我們需知道當(dāng)?shù)鼐_的高程異常值()。對長距離，GPS測量也能非常有效地得到橢球高，但會遇到大地水準(zhǔn)面和高程基準(zhǔn)面方面的問題。為了提高高程精度，可以通

5、過計算當(dāng)?shù)卮蟮馗吣Ｐ筒⒉捎脙?nèi)插技術(shù)。精度的好壞取決于當(dāng)?shù)刂亓χ档目煽砍潭?。在高差很大，地質(zhì)情況復(fù)雜的地區(qū)，大地水準(zhǔn)面模型精度會很低，選擇適當(dāng)?shù)膮⒖紮E球和投影面可以提高這方面的精度。隨著現(xiàn)代GPS接收機(jī)技術(shù)的發(fā)展和GPS數(shù)據(jù)處理軟件的不斷完善，相位整周模糊度解算、多路徑效應(yīng)的影響、電離層對三維坐標(biāo)產(chǎn)生影響、天線高等影響GPS三維精度的因素可以有效減小，選擇一個合適的方法和高程投影面，在范圍不大的地區(qū)，GPS高程是可以到達(dá)相應(yīng)等級水準(zhǔn)測量的精度。2常用高程系統(tǒng)介紹高程測量是GPS測量的重要組成部分，在GPS相對定位中，所求得的三維基

6、線向量，通過GPS網(wǎng)平差，可求得精密的WGS-84大地高差，再通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，求得精密的國家或地區(qū)參考橢球的大地高差，如果已知網(wǎng)中一個或多個點(diǎn)的大地高程，就可以求得各GPS點(diǎn)的大地高。為了找出GPS高程系統(tǒng)與其他高程系統(tǒng)的關(guān)系，下面介紹幾種常用的高程系統(tǒng)及他們的關(guān)系。（1）大地高高程系：大地高高程系統(tǒng)是以參考橢球面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)，地面某點(diǎn)的大地高程H定義為由地面點(diǎn)沿通過該點(diǎn)的橢球法線到橢球面的距離。GPS定位測量獲得的是WGS-84橢球大地坐標(biāo)系中的成果，也就是說GPS測量求得的是相對于WGS-84橢球的大地高程。由大地高程的

7、定義可知，它是一個幾何向量，不具有物理意義。不難理解，不同定義的橢球大地坐標(biāo)系構(gòu)成不同的大地高程系統(tǒng)。（2）正高高程系：正高高程系統(tǒng)以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。地面上任一點(diǎn)的正高高程即該點(diǎn)沿垂線方向至大地水準(zhǔn)面的距離，地面上某一點(diǎn)B點(diǎn)的正高可表示為：（4-1）式中為B點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的的垂線上的重力加速度的平均值，其值不能精確測定；表示過B點(diǎn)的水準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面間的位能差，不隨積分路線而異。（3）正高高程的性質(zhì)：A：地面任一點(diǎn)的正高不隨水準(zhǔn)測量路線的不同而有差異，是唯一確定的值，可用來表示地面的高程；B：由于不能精確獲得（包括

8、測定及由公式推導(dǎo)），故嚴(yán)格來說地面上任一點(diǎn)的正高高程不能精確求得；地面點(diǎn)的正高（）是該點(diǎn)至大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離，也叫絕對高程或海拔。地面上某點(diǎn)的正高定義為由地面點(diǎn)沿鉛垂線至大地水準(zhǔn)面的距離。（4）正常高高程系：正常高是將正高系統(tǒng)中不能精確獲得的平均重力加速度用正