GPS技術在高程測量方面的應用探討

付 饒

(哈爾濱市阿城區統一征地工作站，哈爾濱 150300)

GPS技術在高程測量方面的應用探討

付 饒

(哈爾濱市阿城區統一征地工作站，哈爾濱 150300)

隨著全球定位系統在社會各界的廣泛應用，測繪界也對GPS技術投以高度的關注，并將其運用于測繪工作，在測繪工作中發揮了高精度、高速度、全天候及靈活布網的優勢，但是由于實際高程異常情況下，由GPS定位系統獲得的三維空間信息并不能完全滿足測量大地高程的需求，一般多使用幾何水準的測量方法確定正常的GPS點高，而這種測量方法的工作量較大，不方于測量。通過分析GPS技術在實際測繪工作中的應用，提出利用GPS技術進行測量的工作方法和建議。

全球定位系統；高程測量；擬合方法

隨著GPS技術的發展，它以自身的優勢被廣泛應用于測繪界，但是由于高程異常的實際影響，多數情況均采用幾何水準測量的方法進行正常GPS點高的確定，然而這種方法的工作量較大，有時不方便進行。GPS定位所提供的大地高程成果對高程控制網的建立有著較大的影響，本文對通用的幾種利用GPS大地高程進行正常高的推算方法進行分析，結合其實際的應用情況提出一些方法及建議。

1 概述高程系統

高程系統是由GPS定位系統中獲取三維空間的信息，進一步得出三維基線的向量，再結合平差求得高精度大地高H84，在實際的測量中，我們一般應用的是正常的高程H，它主要是地面點沿鉛垂線到大地水準面之間的距離，通常采用幾何水準的方法進行正常高的測量。因此，想要利用GPS技術測量大地高程，就要研究如何將大地點H84轉換到正常高H的方法。

2 擬合方法

測定高程異常多用天文水準與天文重力水準兩種方法，但是這兩種方法所用到的資料都很難獲得，這樣就需要在GPS網的布設中，選擇分布較均勻的一些點，用幾何水準聯測到高程，求得高程異常值，再以數學擬合的方法計算各GPS點的高程異常值，最后求出各點的正常高H。結合GPS與水準兩種測量資料，建立數學模型以模擬高程異常狀態，依據網點的位置參數對測量區域內任意一點的高程異常值進行計算。常用的幾種方法：第一，等值線圖示法。它是依據已知的高程異常值將測量區域的高程異常繪成等值線圖，使用內插的方法對未知高程異常值進行確定，最后求出正常高H。需要注意的是，在使用這種方法時，必須為其提供完全的水準測量資料，均勻分布GPS的觀測點，保證高精度的大地高的測量。第二，平面擬合法。它一般被用于測量區域及地形起伏較小的地區，將已知點的高程異常值用最小二乘法得出擬合參數，求出其他各點的高程異常值，最后得出正常高H。第三，二次曲面擬合。它一般被用于測量區域范圍及地形起伏較大的地區，它是以6個或者更多點的高程異常值來求得擬合參數，以GPS其他各點的坐標求得高程異常值，最后求得正常高。第四，曲線擬合。多被用于特殊的工程網中正常高的求取。

3 實際生產中對水準測量的實驗

結合實際的生產，我們對多區域的測量進行了GPS水準測量和幾何水準測量之間擬合數學模型的驗證與比較，得出相關數據和實驗成果。

3.1 對神化煤制油項目控制網的實驗研究

神化煤制油項目的控制網屬于D級，一共分設了84個點，都施以四等水準測量，沿管線作帶狀分布，呈東西走向，且本部高于東部最大差為52 m左右，高程的異常變化幅度為0.49 m，并對其分別用平面擬合與二次曲線擬合的方案進行了擬合。在運用平面擬合方法中不難看出，擬合的精度由水準點的多少來決定，當擬合水準點多到一定數量的時候，擬合的精度符合三等水準。在運用二次曲線的擬合方法時，測量區域外周圍的點和中部的點作為擬合的起算數據時，按慣例結果則完全符合四等水準的要求。

3.2 對烏蘭浩特到突泉公路的測量研究

烏蘭浩特到突泉的公路是條帶圖測量工程，其主線路長達85 km，一共分設了95個點，全部都采用四等水準進行聯測。直接用周圍的水準點同中部的水準點作起算數據，擬合的結果符合四等水準。我們還在烏蘭浩特周圍其他地區進行了擬合試驗，所得出的效果都令人滿意。

3.3 對其他工程的擬合比較

針對其他工程不同的區域范圍及地形條件，分別采用兩種擬合方法進行了擬合，所得出的結果也都令人十分滿意。

4 分析GPS的水準精度

GPS的水準精度主要由測定和已知水準點及擬合等的誤差來決定，我們可以通過優化施測的方法保證GPS的測定誤差與水準點誤差，但是所測區域的地形條件屬于求知項，同時要結合數學模型的擬合與分布的水準點及數量的多少來決定。所以，為了保證GPS水準的施測精度能夠符合四等水準的要求，在進行實際操作前，應做到施測方案的周密性及其可行性。

4.1 強化大地高的測量精度

要想強化對GPS水準的測量精度，就必須提高對大地高測量的精度，在實際測量中，使用雙頻GPS接收機來接收信號，選擇最好的衛星分布來進行觀測，同時應減弱多路徑誤差并延遲對流層的誤差。

4.2 保證幾何水準的測量精度

在建立擬合數學模型中，對幾何水準精度的測量好壞將直接影響測量區域內對高程異常變化的反映正確與否，因此，必須要保證幾何水準成果的良好精度，才能更好的用于擬合起算數據。

4.3 掌控幾何水準的詳細信息

建立擬合數學模型，將擬合區域中的擬算數據均勻分布，一般多選用區域周圍與中部的水準點來進行擬合，一般最好是取6～8個擬合水準點，參與擬合的水準點越多得出的未知參數精度越高，同時還可檢查擬合結果的正確度。

4.4 對數學模型的選擇

大地水準是一個不規則的面，由于不同的地區地形環境的不同，大地水準面也有著不同的變化，為了取得良好的效果，應根據測量區域的規模選擇不同的擬合數學模型，為了保證擬合結果的可信程度，最好采取兩種以上的擬合方法來判定。但是結合實際的工作經驗，對于己知高程異常本身存在的擬合誤差在擬合數學模型建立的影響不置可否，而這方面工作還有待于以后的實踐去論證。

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ApplicationofGPStechnologyinelevationmeasurement

FU Rao

(Acheng District, Harbin Unified Land Acquisition Workstation, Harbin 150300, China)

With the wide application of GPS in all walks of life, the surveying and mapping community has also paid great attention to GPS technology and applied it to surveying and mapping. The surveying and mapping work has played the role of high precision, high speed and flexible cloth. However, due to the actual elevation anomaly, the 3D spatial information obtained by the GPS positioning system can not fully meet the need of measuring the elevation of the earth. Generally, the geometrical leveling method is mostly used to determine the normal GPS point height. By analyzing the application of GPS technology in the actual surveying and mapping work, this paper puts forward the suggestion to measure by using GPS technology.

Global positioning system; Elevation measurement; Fitting method

P228.4

A

1674-8646(2017)20-0058-02

2017-08-28

付饒(1977-)，男(滿族)，本科，工程師。