似大地水準面精化成果在地質工程測量中的應用探討

■杜炳輝

（中國地震局第二監測中心陜西西安710054）

似大地水準面精化成果在地質工程測量中的應用探討

■杜炳輝

（中國地震局第二監測中心陜西西安710054）

地質工程測量是地質勘查中一項重要的基礎工作。因而，在地質工程測量中運用合理而科學的測量方法顯得尤為重要。似大地水準面精化成果用于高程系統的起算面，具有高精度，三維性，動態性，多功能的特點。將其運用在地質工程測量中獲得其高程成果變得十分可取。一方面，可以保證測量結果的高程精度；另一方面，可以減少一定程度的工作量，降低測量成本，取得可觀的經濟效益。

似大地水準面；精化；地質工程測量；高程異常

1　似大地水準面的簡述

似大地水準面又稱為重力等位面，從嚴格意義的角度來講，它和大地水準面相近，但不是大地水準面，似大地水準面一直以來是被用作輔助面來進行計算，是前蘇聯地球物理學家、測量學家莫洛琴斯基在對地球外形構造進行研究的時候提出的一個輔助面，該輔助面是與大地水準面十分接近且在海洋上完全重合。在大陸上有微小區別的曲面，大地水準面是正常高端點的起算面。

區域似大地水準面精化是通過運用GPS水準測量，地形資料，重力場模型等，再加以相應的算法確立起來的似大地水準面。區域似大地水準面精化，不僅可以建立與國家大地測量坐標一致的精確的區域似大地水準面高程控制框架，而且可以放棄以往步驟繁瑣的老方法，而選用GPS定位技術，是測量成果的獲取工作更加快速便捷。

2　國內似大地水準面精化的成果分析

通過分析國內外似大地水準面精化成果，我們發現，中國的似大地水準面精化和分辨率與世界先進水平仍有很大差距，主要原因是重力數據、GPS及水準數據的密度不夠高，精度也不夠好。如果想要達到國際先進水平，首先要在我國部分發展較快、經濟條件較好的省市和地區建立高精度、高分辨率的似大地水準面模型，并且逐步加以推廣，進而建立國家級的數據模型，提高整體精度，為國家的經濟建設發揮強大作用。

3　似大地水準面精化成果在地質工程測量中的應用

3.1精化似大地水準面的方法

如今主要用于精化似大地水準面的方法有三種：重力學法、利用天文技術的幾何法、前兩個結合起來的組合法。

當前，關于局部大地水準面的精化，大多都是采用的組合法。目的是精化區域性大地水準面，組合法是以GPS水準技術確定的精度高但分辨率較低的幾何大地水準面作為控制模板，讓其和分辨率高但精度較低的重力大地水準面用重力學的方法進行擬合。

3.2確定似大地水準面方法的差異

經過收集的數據以及相關分析，我們得出：基于貝葉斯正規化理論的BP神經網絡擬合精度最高，而且殘差分布比較均勻，高程異常精度一般在2.7cm以內；二階多項式法和多面函數法的精度相當，精度一般在3.6cm;加權平均法的擬合效果是幾個當中最差的，精度一般在12.8cm,且殘差分布非常不均勻，最大殘差值達到36cm[2]。

3.3作業案例

（1）所謂的高程異常ζ指的是似大地水準面與大地高之間的差值，正常高可以記為h,大地高記為H,則其相互關系如下式：

ζ=H～h(1.1)，該系統為我國通用的高程參考系統。

（2）對點的高程異常進行排查，等值線圖的精度很大程度上決定了計算的精度，利用等值線圖法在高程異常圖或大地水準面差距圖分別檢查。

（3）計算GPS高程擬合的時候，通常采用的方法是曲面擬合法。

3.3.1作業數據

本文通過某大型水利工程前期地質勘查測量時，GPS控制網實際案例對該地區似大地水準面成果待定點的大地高H轉換為正常高h，從而完成GPS高程轉換計算。

從統計的基線比率，參考變量和RMS精度分析可知，各條基線向量解算精度良好，完全達到D級GPS控制網的精度要求。

3.3.2平差計算

在WGS～84坐標系下，以聯測的高等級GPS控制點三維坐標作為起算依據，進行三維約束平差計算，獲取待求點WGS～84坐標系下的三維坐標成果（B.L.H）和各種平差精度信息。三維約束平差后三維坐標精度對特定地點的似大地水準面高程進行轉換。

經過轉換計算，GPS正常高h與同名點二等水準測量所獲得的水準正常高Hg進行互差檢核，以互差的中誤差作為本次GPS高程轉換的精度指標。

3.4轉化分析

為簡化計算，將待定點二等水準測量所獲取的正常高h認為是真值，將GPS正常高Hg于同名點h求差。計算公式：m=√±[vv]/n。

經計算得到似大地水準面高程轉換成果與二等水準測量成果互差的誤差為±4.5cm,即GPS高程轉換精度為±4.5cm，符合規范要求，高程轉換結果客觀可靠。

值得注意的是，在GPS水準法中，數值逼近模型具有模型簡單，計算速度快，操作性強，但是模型難以“準確”地表征逼近場的一切特征。同時數值逼近模型是在一定的假設上計算的，即測區地勢平坦，但如果測區的地勢不平坦，這個假設就不能成立。除此之外，模型和實際情況的不同之處也會帶來影響，而這些影響會為后來的估值帶來誤差[4]。基于貝葉斯正規化理論的BP神經網絡法有很好的容錯性，能降低未知因素的影響，減少模型誤差，同時有較強的泛化能力。

4　似大地水準面精化成果的優越性

經過生產實踐證明，似大地水準面精化成果其測量結果的精確性高,可靠度強，區域性的精化精度完全可以滿足相關測量技術要求，為城市建設的數字化、網絡化、信息化提供可靠的地理信息數據，以及工程建設方面提供高精度、多功能的測繪保障。

另外，其作業效率高，經過似大地水準面插值獲得正常高的方法完全可以替代低等級的水準測量，減少野外工作量，降低生產成本，數據共享，避免重復工作，為區域性建設的國土資源管理部門提供歷史數據的對比分析，以及土地資源利用綜合統計分析和結果輸出等應用[3]。

5　結語

經過以上似大地水準面精化結果的分析，我們總結出：似大地水準面精化成果的合理使用，不僅可以保證高精度、高效率的高程數據，而且在高程成果稀少或不能完全覆蓋整個測區的地質工程測量時，經過轉換計算即可得到達到預期的高程結果精度[5]，體現出良好的效果。

[1]張忠龍.地形復雜地區似大地水準面精化研究 [D].昆明理工大學,2014,5(13):541.

[2]董書曉.局部大地水準面精化組合模型對比研究 [D].昆明理工大學,2014,4(1):35～36.

[3]陳亮，隋心.礦區似大地水準面精化成果的檢核與應用 [J].露天采礦技術,2015,2 (15):40～41.

[4]景云.山西省似大地水準面的確定研究 [J].科技情報開發與經濟.2008(24).

[5]洪鎮填,唐力明,林鐵.清遠市清城區似大地水準面的精密確定 [J].測繪工程.2008 (04).

P624文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～321～1