精化似大地水準(zhǔn)面在GPS控制測(cè)量中的應(yīng)用

陳 卓（赤峰市國(guó)土資源行政服務(wù)中心，內(nèi)蒙古 赤峰024000）

近幾年以來，GPS衛(wèi)星定位技術(shù)已在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，目前使用GPS進(jìn)行測(cè)量，得到WGS-84系統(tǒng)下的三維坐標(biāo)，將觀測(cè)數(shù)據(jù)通過處理可以很容易得到觀測(cè)點(diǎn)的國(guó)家或地方三維坐標(biāo)，平面精度一般都能達(dá)到精度要求，但是得到的高程成果不一定滿足工程建設(shè)要求，特別在山區(qū)誤差更大。GPS得到的是大地高程（橢球高），實(shí)際應(yīng)用中所采用的高程為海拔高程(正常高)，兩者之間存在高程異常值的差異，本文結(jié)合工作實(shí)際，利用精化似大地水準(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，使其高程達(dá)到設(shè)計(jì)要求的IV等水準(zhǔn)精度。

1 GPS網(wǎng)布設(shè)的基本情況

1.1 資料使用情況

由測(cè)繪局檔案館收集B級(jí)控制點(diǎn)三個(gè),點(diǎn)位保存完好，可以使用。

1.2 GPS網(wǎng)布設(shè)情況

按照測(cè)繪設(shè)計(jì)要求，本項(xiàng)目從西拉木倫河木葉山水庫(kù)至紅山水庫(kù)，布設(shè)帶狀D級(jí)GPS控制網(wǎng)，高程要求為四等水準(zhǔn)。為取得提高工作效率與質(zhì)量可靠的雙重成果，掌握好測(cè)區(qū)概況，摸清測(cè)區(qū)交通條件有利于GPS網(wǎng)的布設(shè)。先把起算點(diǎn)概略地標(biāo)在1：1萬地形圖上，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。由于GPS控制點(diǎn)大多埋設(shè)在沙漠里，估算出水準(zhǔn)線路的長(zhǎng)度約為200公里，用傳統(tǒng)方法水準(zhǔn)測(cè)量需要近1個(gè)月的時(shí)間。這大大地影響工作進(jìn)度和消耗大量人力財(cái)力。

1.3 GPS控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集

作業(yè)基本要求：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)≥1.6（即60%的測(cè)站應(yīng)再觀測(cè)一個(gè)時(shí)段），時(shí)段長(zhǎng)度≥45min，數(shù)據(jù)采樣間隔10s，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。

2 GPS數(shù)據(jù)處理的步驟

2.1 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GPS數(shù)據(jù)處理軟件（4.0版）。采集野外數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊，檢查儀器高，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。

2.2 數(shù)據(jù)平差處理

依據(jù)全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范的要求，首先在1984橢球系統(tǒng)下做基線解算，無約束平差，解算出WGS-84坐標(biāo)，然后在1954北京坐標(biāo)系進(jìn)行自由網(wǎng)無約束平差，引入已知點(diǎn)后做約束平差。解算出平面，高程結(jié)果。

2.3 水準(zhǔn)面精化高程的計(jì)算

在經(jīng)過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WGS84坐標(biāo)成果、經(jīng)緯度和大地高之后，加入大地水準(zhǔn)面精化模型進(jìn)行內(nèi)插計(jì)算取得各點(diǎn)的似大地水準(zhǔn)面高程

3 精化后成果的精度分析

為了能準(zhǔn)確地對(duì)精化似大地水準(zhǔn)面成果精度進(jìn)行分析，采用四等水準(zhǔn)測(cè)量方法對(duì)其成果進(jìn)行評(píng)定。對(duì)水準(zhǔn)附合導(dǎo)線進(jìn)行檢查之后，各項(xiàng)誤差均限差范圍之內(nèi)，符合規(guī)范要求，達(dá)到四等水準(zhǔn)精度要求。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)過似大地水準(zhǔn)面高差法求得的成果進(jìn)行比較如表1。

表1

從表1中可以看出，較差值中最大值為±0.022m，最小值為±0.006m。較差結(jié)果完全滿足要求。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)（27個(gè)）的58%，貫穿測(cè)區(qū)，覆蓋均勻，數(shù)據(jù)可靠。

4 結(jié)論

本項(xiàng)目通過D級(jí)GPS控制網(wǎng)的建立，將控制點(diǎn)水準(zhǔn)高程和似大地水準(zhǔn)面擬合高程進(jìn)行比較驗(yàn)證，后者完全達(dá)到四等水準(zhǔn)精度要求。在測(cè)區(qū)條件困難情況下，采用似大地水準(zhǔn)面擬合高程是完全可行的，大大地提高了工作效率。

［1］周建鄭.GPS 定位原理與技術(shù)[M].黃河水利出版社，2005，7.

［2］肖明虹.省級(jí)區(qū)域精化似大地水準(zhǔn)面應(yīng)用分析[J].測(cè)繪與空間地理信息,2009,32(140).

［3］GB/T18314-2001 全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范[S].

［4］GB/12898-91 國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范[S].