淺析貴州省似大地水準(zhǔn)面成果在GPS控制測(cè)量中的應(yīng)用

摘要：本人通過(guò)在貴州省內(nèi)的某個(gè)測(cè)區(qū)作業(yè)實(shí)踐，利用GPS觀測(cè)信息數(shù)據(jù)結(jié)合貴州省似大地水準(zhǔn)面成果獲取其正常高，其中一部分點(diǎn)與聯(lián)測(cè)三等水準(zhǔn)成果進(jìn)行比較，其高程精度可以達(dá)到四等水準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了GPS技術(shù)在幾何和物理意義上的三維定位功能。可為同行在使用中提供一些參考。

關(guān)鍵詞：似大地水準(zhǔn)面；GPS網(wǎng)布設(shè)情況；精化步驟；成果分析

1、貴州似大地水準(zhǔn)面成果情況

貴州省似大地水準(zhǔn)面成果提交的2′.5×2′.5分辨率的似大地水準(zhǔn)面模型，該模型精度內(nèi)符合精度平地、丘陵地為4.8cm，山地為±4.3cm，高山地為±4.3cm。外部檢驗(yàn)精度為±3.6cm，總體精度為±4.2cm，最終成果精度遠(yuǎn)高于困難地區(qū)似大地水準(zhǔn)面精化的精度要求。

2、測(cè)區(qū)的概況

貴州某個(gè)測(cè)區(qū)東西跨度長(zhǎng)約70km，南北寬約35km，控制面積約為1560km2。按照貴州省第一測(cè)繪院總工辦的設(shè)計(jì)要求對(duì)其布設(shè)134個(gè)GPS點(diǎn)，聯(lián)測(cè)13個(gè)國(guó)家C級(jí)GPS點(diǎn)，布設(shè)成一個(gè)D級(jí)GPS控制網(wǎng)，高程要求達(dá)到IV等水準(zhǔn)精度。但該測(cè)區(qū)內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)少，而且破壞嚴(yán)重。如果采用傳統(tǒng)水準(zhǔn)測(cè)量方法就會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間和人力物力。為此，我們利用“貴州似大地水準(zhǔn)面”成果進(jìn)行高程改正，將能很好的解決高程測(cè)量的難題，使其高程精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.1GPS網(wǎng)布設(shè)的基本情況

按照測(cè)量規(guī)范進(jìn)行內(nèi)業(yè)布設(shè)網(wǎng)點(diǎn)，充分利用地形圖上各個(gè)要素，使GPS網(wǎng)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，GPS的基線邊長(zhǎng)控制在5公時(shí)范圍內(nèi)。由于測(cè)區(qū)比較大，我院成立了一個(gè)控制小組來(lái)埋石及進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集。GPS控制點(diǎn)埋設(shè)、觀測(cè)歷時(shí)近70天時(shí)間（控制網(wǎng)示意圖如下）。

控制網(wǎng)示意圖（圖表1）

2.2GPS控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集

測(cè)區(qū)作業(yè)基本要求：1、衛(wèi)星截止高度角≥15°，同時(shí)觀測(cè)有效衛(wèi)星數(shù)≥4，有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)≥4，觀測(cè)時(shí)段數(shù)≥2，時(shí)段長(zhǎng)度≥60min，數(shù)據(jù)采樣間隔10-30s，時(shí)段中任一衛(wèi)星有效觀測(cè)時(shí)間≥15min.并且對(duì)觀測(cè)時(shí)對(duì)天線高進(jìn)行兩次量取，其差值不應(yīng)大于3mm，取其平均值作最終儀器高，數(shù)據(jù)采集時(shí)采用同一品牌同型號(hào)的儀器，為防止多路徑的干擾，我們?cè)谠缟?點(diǎn)至12點(diǎn)之間進(jìn)行觀觀。

3、GPS數(shù)據(jù)處理的步驟

3.1數(shù)據(jù)平差的準(zhǔn)備

本測(cè)區(qū)GPS外業(yè)觀測(cè)的數(shù)據(jù)處理、基線向量解算和網(wǎng)平差采用南方測(cè)繪儀器公司提供的南方測(cè)繪Gnss數(shù)據(jù)后處理軟件。數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦時(shí)進(jìn)行點(diǎn)名、儀器高檢查，在后處理軟件中分析觀測(cè)數(shù)據(jù)優(yōu)劣；對(duì)基線和重復(fù)基線取舍，檢查同步環(huán)、異步環(huán)和重復(fù)基線精度；驗(yàn)算和分析三維無(wú)約束平差與二維約束平差精度。使以上各項(xiàng)均符合規(guī)范及設(shè)計(jì)書要求，以便作下步工序。

3.2采用的基準(zhǔn)

平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用CGCS2000坐標(biāo)系；高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)；中央子午線為105度。

3.3GPS控制網(wǎng)的平差計(jì)算

測(cè)區(qū)控制網(wǎng)中，我們使用F370、GL06、H066、H075、H077、H079、H084、H091、H092、H098、7078十一個(gè)C級(jí)GPS點(diǎn)起算并作約束平差；整網(wǎng)中最弱點(diǎn)平面中誤差為：7.42mm；最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為：1：266456。高程采用F370、GL06、H066、H075、H077、H079、H084、H091、H092、H098、H093十一個(gè)點(diǎn)大地高起算并作約束平差，高程最弱中誤差為3.73mm。通過(guò)GPS網(wǎng)整體平差計(jì)算后，得到每一個(gè)待測(cè)點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)成果、經(jīng)緯度和大地高（見(jiàn)圖表2）。

CGCS2000坐標(biāo)成果圖表（2）

3.4GPS高程轉(zhuǎn)換

在經(jīng)過(guò)GPS網(wǎng)平差和數(shù)據(jù)檢查之后，確認(rèn)本網(wǎng)各項(xiàng)誤差指標(biāo)均在限差之內(nèi)且符合規(guī)范要求。確定待測(cè)點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)成果、經(jīng)緯度和大地高之后，才能進(jìn)行似大地水準(zhǔn)面精化。

3.5區(qū)域內(nèi)似大水準(zhǔn)面成果精化的結(jié)果

通過(guò)“貴州省似大地水準(zhǔn)面成果”進(jìn)行正常高轉(zhuǎn)換，其結(jié)果如下表（3）：

正常高轉(zhuǎn)換前的成果圖表（3）

4、精化后成果的精度分析

4.1測(cè)區(qū)內(nèi)聯(lián)測(cè)水準(zhǔn)

為了能準(zhǔn)確地對(duì)區(qū)域精化似大地水準(zhǔn)面成果精度進(jìn)行分析，采用傳統(tǒng)水準(zhǔn)測(cè)量方法對(duì)其成果進(jìn)行評(píng)定。該測(cè)區(qū)按總工辦設(shè)計(jì)的要求，48個(gè)D級(jí)GPS點(diǎn)聯(lián)測(cè)了Ⅲ等水準(zhǔn)，以3個(gè)Ⅱ等水準(zhǔn)點(diǎn)作為起算。

對(duì)水準(zhǔn)附合導(dǎo)線進(jìn)行平差及檢查之后，各項(xiàng)誤差均限差范圍之內(nèi)，符合規(guī)范要求，達(dá)到Ⅲ等水準(zhǔn)精度要求。

4.2成果的比較

現(xiàn)在把幾何水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)控制點(diǎn)平差計(jì)算法與經(jīng)過(guò)似大地水準(zhǔn)面高差法求得的成果進(jìn)行比較如下表（4）。

正常高比較圖表（4）

從表中可以看出，較差值中最大值為±0.038m，最小值為±0.001m.在最新的《全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》中的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)高程測(cè)量主要的技術(shù)要求，在山區(qū)地帶四等高程異常模型內(nèi)符合中誤差≤±1.5cm；高程測(cè)量中差≤±3.0cm；限差≤±6.0cm.表中較差結(jié)果完全滿足這些要求。利用水準(zhǔn)方法進(jìn)行聯(lián)測(cè)的點(diǎn)數(shù)占該網(wǎng)總控制點(diǎn)（48個(gè)）的35.8%，基本貫穿測(cè)區(qū)東西兩側(cè)，覆蓋均勻，數(shù)據(jù)可靠。所以在貴州省境內(nèi)，結(jié)合GPS技術(shù)經(jīng)過(guò)貴州省似大地水準(zhǔn)面成果精化得到各待測(cè)點(diǎn)的高程能達(dá)到Ⅳ精度，是完全可行的。

5、結(jié)束語(yǔ)

5.1工作中的注意事項(xiàng)

1）埋設(shè)觀測(cè)標(biāo)志后要有一定的間隔時(shí)間，防止標(biāo)石沉降；

2）勘選的點(diǎn)位環(huán)境要空曠，這有利于GPS儀器數(shù)據(jù)的采集；

3）觀測(cè)中采用同一品牌的儀器，最好采用測(cè)片測(cè)取天線高；

4）解算時(shí)遇到質(zhì)量不好的基線，應(yīng)剔除掉，然后重測(cè)。

5.2談?wù)勼w會(huì)

通過(guò)利用GPS技術(shù)結(jié)合貴州省似大地水準(zhǔn)面成果運(yùn)用到實(shí)際工作之中，成果精度得到保障；能替代四等幾何水準(zhǔn)或三角高程測(cè)量完成外業(yè)高程控制測(cè)量，符合技術(shù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；特別在水準(zhǔn)點(diǎn)稀少或破壞嚴(yán)重地區(qū)，在保證高程精度的前提下，能大大減少勞動(dòng)強(qiáng)度和提高工作效率。

參考文獻(xiàn)：

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