gps擬合高程在鐵路測量中應(yīng)用

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1、GPS擬合高程在鐵路測量中應(yīng)用　　摘要：GPS全球定位系統(tǒng)作為新形式測量系統(tǒng)，已廣泛用于大地測量、工程測量、航空攝影測量以及地形測量等各個方面。GPS全球定位系統(tǒng)在鐵路工程測量中的應(yīng)用，在最近的兩年得到了迅速推廣，這主要依賴于GPS系統(tǒng)可以向全球任何用戶全天候地連續(xù)提供高精度的三維坐標(biāo)、三維速度和時間信息等技術(shù)參數(shù)。關(guān)鍵詞：GPS全球定位系統(tǒng)；工程測量；鐵路工程；高程擬合中圖分類號：P258文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：一.引言7隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長的西部大開發(fā)的實(shí)施,我省的高等級鐵路建設(shè)迎來前所未有的發(fā)展機(jī)遇,這就對勘測設(shè)計(jì)提出了更高的要求,隨著鐵路設(shè)計(jì)行業(yè)軟件技術(shù)和硬件設(shè)備的發(fā)展,鐵

2、路設(shè)計(jì)已實(shí)現(xiàn)CAD化,有些軟件本身還要求提供地面數(shù)字化測繪產(chǎn)品的支持;建立勘測、設(shè)計(jì)、施工、后期管理一體化的數(shù)據(jù)鏈,減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抄、輸入等中間環(huán)節(jié),是鐵路勘測設(shè)計(jì)“內(nèi)外業(yè)一體化”的要求,也是影響高等級鐵路設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”所在。目前鐵路勘測中雖已采用電子全站儀等先進(jìn)儀器設(shè)備,但常規(guī)測量方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制,作業(yè)強(qiáng)度大,且效率低,大大延長了設(shè)計(jì)周期?？睖y技術(shù)的進(jìn)步在于設(shè)備引進(jìn)和技術(shù)改造,在目前的技術(shù)條件下引入GPS技術(shù)應(yīng)當(dāng)是首選。當(dāng)前,用GPS方法建立沿線總體控制測理,為勘測階段測繪帶狀地形圖,路線平面、縱面測量提供依據(jù);在施工階段為橋梁,隧道建立施工控制網(wǎng),這僅僅是GPS在鐵

3、路測量中應(yīng)用的初級階段,其實(shí),鐵路測量的技術(shù)潛力蘊(yùn)于GPS技術(shù)的應(yīng)用之中,GPS技術(shù)在鐵路工程中的應(yīng)用,有著非常廣闊的前景。二.GPS技術(shù)相關(guān)介紹GPS全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成，除此之外，測量用戶當(dāng)然還應(yīng)有衛(wèi)星接收設(shè)備。7GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。在需要的位置p點(diǎn)架設(shè)GPS接收機(jī)，在某一時刻ti同時接收了三顆(a、b、c)以上的GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，通過一系列數(shù)據(jù)處理和計(jì)算可求得該時刻GPS接收機(jī)至GPS衛(wèi)星的距離sap、sbp、scp，同樣通過接收衛(wèi)星星歷可獲得該時刻這些衛(wèi)星在空間的位置（三維坐標(biāo)）。全球定位系統(tǒng)（作為新一代的衛(wèi)星

4、導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，以其全球性、全天候、高精度、高效益的顯著特點(diǎn)，已經(jīng)在測量領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。GPS技術(shù)表征的平面位置，其精度之高以被人們所認(rèn)識和接受。但是GPS高程精度如何，一直是人們普遍關(guān)心的問題。為此，國內(nèi)一些測繪單位進(jìn)行了若干試驗(yàn)，從試驗(yàn)結(jié)果來看，在較為平坦或淺丘的地區(qū)，GPS高程可以達(dá)到三～四等水準(zhǔn)精度。但由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)量少，操作要求嚴(yán)格以及對起算點(diǎn)的數(shù)量和精度都有較嚴(yán)格的規(guī)定等，人們對其可靠性還存有疑慮或因滿足有關(guān)條件而增加成本，至今應(yīng)用有限。事實(shí)上，在應(yīng)用中人們除關(guān)心其作業(yè)精度外，還在計(jì)算著成本的增減，因此，在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中也很難達(dá)到試驗(yàn)時所能達(dá)到的各種條件。本作品就是在同

5、時兼顧這兩方面因素進(jìn)行的，即在不加地形改正和沒有重力數(shù)據(jù)的情況下，進(jìn)行GPS高程向常用高程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。用來自生產(chǎn)實(shí)踐的數(shù)據(jù)試驗(yàn)表明，在平原或淺丘地區(qū)，GPS高程能夠達(dá)到四等水準(zhǔn)精度，在一定程度上降低了生產(chǎn)成本。GPS高程系統(tǒng)指地面點(diǎn)沿橢球法線到參考橢球面的距離叫做大地高，用H表示。地面點(diǎn)到似大地水準(zhǔn)面的距離叫做正常高，用Hr表示。似大地水準(zhǔn)面和大地水準(zhǔn)面十分接近。地面點(diǎn)的正常高不隨水準(zhǔn)測量路線的變化而變化，是唯一確定的值，同時也是我們實(shí)用的高程。似大地水準(zhǔn)面與橢球面之間的距離稱為高程異常.高程擬合方法是一種比較實(shí)用、精度較高的方法。具體做法是在一個測區(qū)內(nèi)有若干個既進(jìn)行了GPS測量又聯(lián)測了

6、水準(zhǔn)高程的GPS點(diǎn)，那么可以利用大地高和水準(zhǔn)高之間的關(guān)系，精確獲得這些水準(zhǔn)重合點(diǎn)的高程異常值，利用這些離散點(diǎn)上的異常值，可以擬合出測區(qū)所在局部區(qū)域的似大地水準(zhǔn)面，進(jìn)而可以內(nèi)插出未知點(diǎn)上的高程異常。三.GPS高程擬合法的具體應(yīng)用7高程擬合法的基本思路是：在GPS網(wǎng)中聯(lián)測一些水準(zhǔn)點(diǎn)（要求這些點(diǎn)分布均勻、密度適宜），再利用這些點(diǎn)上的正常高和大地高擬合求出它們的高程異常值，然后根據(jù)這些點(diǎn)上的高程異常值與坐標(biāo)的關(guān)系，用最小二乘法擬合出測區(qū)的似大地水準(zhǔn)面，最后利用擬合的似大地水準(zhǔn)面內(nèi)插出其他GPS點(diǎn)的高程異常值，利用求出各未知點(diǎn)的正常高。以下為確定高程異常的主要方法。1.等值線圖示法該方法主要是根據(jù)

7、測區(qū)內(nèi)已知點(diǎn)的高程異常值，繪出測區(qū)高程異常的曲線圖，知道待測點(diǎn)的WGS—84位置后，就可以利用內(nèi)插的方法來確定待測點(diǎn)的高程異常。經(jīng)驗(yàn)表明：在地勢比較平坦的地區(qū)，內(nèi)插法得到的高程異常的精度可達(dá)厘米級。2.解析法解析法是利用數(shù)學(xué)模型來擬合測區(qū)的大地水準(zhǔn)面。如果知道待測點(diǎn)的WGS—84大地坐標(biāo)，利用數(shù)學(xué)模型即可計(jì)算高程異常的精度，其主要取決于所采用的數(shù)學(xué)模型與測區(qū)似大地水準(zhǔn)面擬合的程度。以下為目前工程測量中應(yīng)用較多的數(shù)學(xué)模型。（1）曲線擬