GPS曲面擬合高程與水準測量高程精度研究

彭傳伍 彭巖

吉林省航測遙感院 吉林 長春 130000

引言

在GPS高程測量工作中，通常情況下，大地水準面與高程基準面會出現相互制約的情況，這就使得GPS高程曲面擬合測量精度會大大的降低，但是在實際工程中使用GPS曲面擬合高程測量方法進行測量，可以有效地減少高程測量的工作量，降低測量人員的工作壓力，相對于這種測量方法來說，傳統的水準高程測量法的精準度更高，但是存在著工作量大，測量人員工作壓力大的缺點，同時測量效率也較低。

1 GPS高程系統

在GPS高程系統中，存在著正常高、正高、大地高三個子系統，這三個子系統中的大地高不具備物理意義，這個數據是通過高精度的數學模型來得到的，另外，三個子系統中的正高指的是以大地的基準面作為一個衡量的標準，在實際測量工作中，一般會以正高的參數來表示高程，在GPS高程測量工作中，正高的參數是屬于唯一性數值，但是如果在GPS高程測量工作中只使用正高數據進行測量，會導致其測量的精準度降低。

1.1 GPS高程曲面擬合方法建設

GPS高程曲面擬合方法的本質就是一種多項式函數的擬合方法，在進行擬合時，工作人員通過構建出一個GPS區域網絡，并以大地作為參考面，將其視作曲面，高程的異常作為坐標點的參數，應用GPS系統中已經構建出的起算點作為其他點的高程異常參數，并應用該系統中的其他參數作為基點，來進行其他高程異常一場參數的計算，用公式表示為η=f(x，y)+ξ，該公式中的ξ即為在進行擬合過程中所存在的各種誤差，并且這一誤差是不能夠通過各種方式進行消除的，此外，方程中的f(x，y)也可以用函數的方式來表達出來，其具體表達式為f(x，y)=a0+a1x+a2y+a3x2+a4xy+a5y2，在這個函數中，a表示為在擬合曲面中需要使用數學運算來求出的參數的數值，x、y分別為方程所位于坐標軸中的橫向參數和縱向參數，將該函數方程中的一次項x、y和二次項x2和y2取出來之后，將其與高程中的坐標點結合到一起就可以得出函數η=［a0a1a2a3a4a5］［1xx2xyy2］T+ξ，二如果只將上述函數方程中的一次項x、y取出來的話，就可以得到η=［a0a1a2］［1xy］T+ξ。

在GPS的高程擬合的過程中，需要對高程中的異常參數之間所存在的一些相關性進行合理的運用，以此來得出一個新的方程，并運用這個新的方程來對高程擬合過程中的各種參數進行測量，提高數據的準確性。

2 水準高程測量方法

2.1 外業數據采集

在進行高程測量工作時，需要運用到水準儀進行外業數據的采集工作，并且在使用水準儀進行外業數據的測量工作時，需要進行0.1毫米的估讀，也就是所，在進行長度為一千米的往返測量時，所讀取的數值的誤差要在兩毫米以內，而在外作業時，需要使用雙面尺法來進行觀測，以此來保證外業數據觀測工作的高準確率，以及數據的可靠性，

2.2 數據處理

再進行測量之后的數據處理工作時，工作人員需要對之前所記錄的各種數據進行合理的分析，并對數據中所存在的各種誤差進行處理，并嚴格的檢測數據的準確性和可靠性，之后在使用專用的數據分析軟件對之前記錄的數據進行處理，在數據的處理工作結束之后，工作人員還需要將使用分析軟件處理之后的數據與GPS高程擬合測量所得的數據進行對比，并根據工程的實際要求對數據進行平差，以此來降低施工過程中的風險，提高數據的可靠性，發揮出數據測量的作用。

3 實際工程測量過程

3.1 工程概況

本文選取了肇慶市的一項工程作為實例進行分析，在該項目中，GPS曲面擬合高程測量工作的作用就是提高了交通系統的的運行效率，保障了該工程的施工能夠順利的開展，并且在該項目中，施工地點較為復雜，所包含的地形有丘陵、河谷等，這些復雜的地形導致了地方外部作業的施工難以順利的開展，此外，因為該項目的工程量較大，所涵蓋的面積較大，同時因為傳統的高程測量方式的效率較低，在短時間內無法對該項目中的各種測量項目進行有效的測量，所以在該項目中選用了GPS高程擬合的測量方式。

3.2 GPS網觀測和數據處理

在使用GPS高程曲線擬合技術進行測量時，需要在需要進行測量的區域內設置出觀測點，并且觀測點的數量不能太少，在該項目中，進行GPS高程擬合測量時所用的設備為雙頻GPS接收機，該儀器具有著高精度的優點，并且為了對GPS曲面擬合測量法的最佳運行方案進行探尋，在該項目中還使用將水準點的布置方式進行不斷變換的方法對其進行了測試。

通過將水準點進行不斷的排布可以看出，在始端和末端的水準點數目皆為三個個的時候，所測得數據中所存在的誤差是較大的，之后工作人員將始端和末端的水準點數量都增加到了五個之后，發現測量的誤差減小，并且最大誤差數據的地點集中分布在測量區域的中心部分，之后工作人員又將水準點的數量降低到了沒處兩個，測量之后發現，當末端和始端的水準點數量都為兩個時，測量結果的誤差最大，并且越靠近兩端，數據的誤差越大，之后工作人員將始端和末端的觀測點數量進行了不斷的變化，但是測量結果都是不太理想，最后工作人員將水準點在測量網中進行了均勻的排布，測量之后發現測量所得的數據是各個測量方法中誤差最小的一組。

4 結論

綜上所述。在進行GPS曲面擬合高程測量工作時，將觀測點進行合理的分布，可以有效地提高數據的精準度，并且在進行合理布置觀測點之后，GPS曲面擬合高程測量方法的精度要高于水準高程測量法。