GPS高程擬合的方法及實現

張斯琪

摘 要：建設“GPS連續運行衛星定位服務系統”，該系統基于現代 GPS技術、計算機網絡技術、實時定位服務技術及現代移動通信技術，在國家現代測繪基準體系建設的基礎上，共享利用省防震減災體系建立的參考站點，建設覆蓋全省、均勻分布的約69個衛星定位連續運行參考站，滿足福建省現代測繪基準體系建設需要的同時，可向全省用戶提供實時動態、厘米級的空間定位與導航綜合服務。

關鍵詞：GPS；高程擬合；應用前景

數值擬合的數學模型很多，考慮到模型的通用性，實用性以及計算實現的方便性，本擬合轉換軟件詳細敘述了四種常用的模型：對加權平均值擬合和多項式曲面擬合詳細介紹，另外提到插值擬合和多面函數擬合方法。同時，還考慮了利用非格網化數據進行地形改正的幾何方法。

1 GPS平面控制網的應用

⑴當前，GPS平面控制網已經得到了廣泛的運用，但是GPS高程卻運用得不夠，人們期望著能夠用GPS高程測量代替傳統的水準測量。本文對GPS高程測量的原理和方法進行了初步的探討，并結合我國GPS高程測量的應用的實際，以數值擬合為主，建立了高程轉換的數學模型。同時用VC++開發了GPS高程控制轉換系統，經試驗測試，在平原或淺丘地區，在不加地形改正的情況下，擬合出的正常高高程滿足一般工程和大比例尺測圖的精度要求，在一定程度上降低了生產成本。

⑵數值擬合的數學模型很多，考慮到模型的通用性，實用性以及計算實現的方便性，本擬合轉換軟件詳細敘述了四種常用的模型：對加權平均值擬合和多項式曲面擬合詳細介紹，另外提到插值擬合和多面函數擬合方法。同時，還考慮了利用非格網化數據進行地形改正的幾何方法。當測區形狀為帶狀時，可以采用前二種方法進行計算，當測區太長時（超過100km），用多項式曲線采用整體逼近的方式擬合，可能效果不太好，因此，可以采用三次樣條或加權平均值法擬合計算。當測區形狀為面狀時，可以采用后三種方法計算。當測區為平原或高程異常值變化較緩的地區，并且測區面積比較小，水準重合點較少時，可以采用均值掛靠法擬合。在有條件使用多項式曲面擬合和加權平均值擬合時，建議不使用均值掛靠法計算。在山區，地面起伏大，就必須考慮地形改正。

2 應用GPS技術施測的核心工作

⑴應用GPS技術施測高等級城市控制網，實踐證明有著極高的精度，它不受人為因素的影響。不要求測站間相互通視，速度快，不受環境和距離限制，可全天候觀測，成本低，效率高。野外數據采集是GPS測量的核心工作。制定周密的觀測計劃，作好衛星狀況預報，選擇好觀測時間，編寫作業調度表，對于順利的完成觀測任務，保障成果的精度，提高效益起到事半功倍的效果。GPS網平差應對起算點進行內部復核性檢核，選用精度高的起算點，舍去精度低的已知點，利用外部已知點進行檢核，提高二維約束平差的整體精度。

⑵總體性能與美國GPS相當，實際使用時，也幾乎感覺不到兩種技術的差別。在辦公樓演示室里，拿起一個普通半導體大小的“匣子”，屏幕里顯示的是“匣子”所在位置周邊的地圖，街道、辦公樓清晰可見。用手指輕輕一點，導航屏幕幾乎在“無間歇”的情況下放大了三倍，上面顯示的是與辦公樓一街之隔的幾家“門挨門”的飯館；記者隨即向樓下望去“實景對比”，發現每家門臉間隔在10米左右飯館，名稱準確無誤。

3 GPS地理信息采集技術應用

⑴GPS地理信息采集技術得益于微電子與網絡工程技術的普及，隨著配網自動化的發展與推廣，可以大規模、成效益地應用與電力基礎工業。在目前推行的電力地理信息管理系統中，自動化數據的傳輸需建立在各基點的準確定位上，目前成熟穩定的GPS技術成為最主要的技術選擇。設備的狀態監控隨著GPS地理信息采集技術的應用，已經擺脫了單純的站內或饋線采集箱采集的模式，線路狀態的監控從點已經推進到線并逐漸普及到面。GPS相關技術的研發在未來的電力應用領域必將得到廣泛的應用。

⑵一年里，北斗系統發射了四箭六星，完成了系統組網，同時采取了一系列的措施提高系統精度和穩定性，擴展了系統覆蓋區域，和去年試運行相比，覆蓋區域由原有的東經84度-160度擴展到現在的東經55度-180度，系統定位精度由去年發布的水平25米、高程30米到現在的水平10米、高程10米，測速精度由0.4米每秒到0.2米每秒。

⑶精密工程測量和變形監測，是以毫米級乃荃亞毫米級精度為目的的工程測量作在水平位移監測方面，使用GPS技術已足以滿足監測的精度要求。但在高程方面，卻是個國際性的難題，目前還沒有成熟的理論可以完全解決GPS的高程問題采用傳統測量方法對垂直位移的監測，于受多方面條件的制約，使得效率很低，耗時費丈，由此可見，一旦GPS在垂直方向的監測精度達到監測要求，在實踐中得到立拜將會帶來巨大的經濟效益。

建立數字化測繪技術體系，以地理信息獲取實時化、處理自動化、產品知識化、服務網絡化和應用社會化為標志的信息化測繪技術體系建設取得初步進展。測繪基準體系從二維向三維、靜態向動態、參心坐標系向地心坐標系轉變，實現從傳統大地測量到衛星大地測量、從地面水準測量到GPS高程測量的跨越；基本比例尺地形圖更新技術方案初步建立，基礎地理信息數據庫升級完善穩步推進，地理信息公共平臺技術研究逐步深入；信息化的測繪檔案資料管理基本實現，網絡化地理信息分發服務技術日益完善；三維地理信息平臺技術研發、成果轉化成效顯著。

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