gps方法水准测量在工程水准测量上应用探究

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1、GPS方法水准测量在工程水准测量上应用探究　　摘要：本文简单介绍GPS水准测量在工程中的运用。关键词：GPS水准测量；工程运用Abstract:thispaperintroducestheGPSlevelingintheengineeringapplication.Keywords:GPSleveling;Engineeringapplication中图分类号：P124+.1文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）传统的工程水准测量主要采用方法是分级布设高精度的施工控制网，而GPS

2、高程测量方法其精度一直被认为不太可靠，但在一般的工程测量中，只要经过处理，GPS高程测绘方法是完全可以应用的。本文针对这个问题对GPS水准测量的理论和方法进行探讨，并结合实验对GPS拟合高程和四等水准平差高程进行了比较和分析。1GPS水准测量的基本原理GPS测量获得的观测量为WGS-84椭球体上的空间直角坐标，在我国常用的平面坐标系为1954年北京坐标系或680坐标系，高程基准为正高基准，因此，GPS水准测量的数据处理的目的是将WGS-84的空间坐标转换成当地参考系的平面坐标和高程。在这个处理过

3、程中，要完成平差、转换、投影3个步骤。目前常用的数据处理方法有空间强制符合法、空间平差空间转换法等。GPS观测数据经转换、平差等数学处理后，可得到两点间的基线向量及高精度的大地高差，如果已知一点的大地高，即可求得全国各点的大地高。大地高是以椭球面为基准的高程系统，其定义为由地面点沿该点的椭球法线到椭球面的距离。但是，目前常用的高程是以铅垂线和水准面为依据的水准测量得来的，所以，在实际工程中一般不采用大地高系统，而采用正高系统或正常高系统。正高即地面点沿垂线方向到大地水准面的距离，正常高即地面点沿

4、垂线方向到似大地水准面的距离，其相互关系为:H大地高=H正高+NH大地高=H正常高+ξ式中，N为大地水准面差距:ξ为高程异常。由于6GPS水准测量得到的是地面点的大地高，而通常的测量工作需要的是正高，因此，为了得到一个点的正高，除了要观测该点的大地高以外，还需要知道该点的大地水准面差距。实际上，正高是不可能精确求出的，而我国的国家高程系统为正常高系统，它是与正高系统非常接近，在实际中又能严格和精确求定的，因此，为了得到某点的正常高，需知道该点的大地高和高程异常。计算大地水准面差距和高程异常的方法

5、主要是重力测量法，但在一般的工程测量工作中是难以实现的，因此，需采取其他的方法。如果已知某点的正常高，且利用GPS观测该点的大地高，则可精确求得该点的高程异常，考虑到工程测量控制网的范围较小，似大地水准面的变化较平缓，因此，可利用一些联测水准的GPS点，求得各点的高程异常值，再用曲面拟合的方法来逼近拟大地水准面，以求得其它GPS点的高程异常，从而达到高程系统转换的目的。曲面拟合法仅是将高程异常近似地看作是一定范围内各点坐标的曲面函数,用已联测水准的GPS点的高程异常来拟合这一函数，在求得函数的拟

6、合常数后，就可利用这一函数来计算其他GPS点的高程异常。常用的拟合函数为二次曲面函数，其模型为ξk=a0+a1Xk+a2Yk+a3X2k+a4Y2k+a5XkYk-εk在采用二次曲面拟合时，一般应用6个以上的GPS水准联测点，但测区的联测水准点少于6个时，可采用平面函数拟合，这时的拟合模型为:ξk=a0+a1Xk+a2Yk–εk在实际的工作中，应根据测区地理条件的不同、范围的不同等因素选择合理的拟合函数，以使测点的拟合精度达到最高。2试验数据分析为验证6GPS水准的测量精度，我们选择一大型工程为

7、试验基地。根据以往实验成果，观测时间的长短对大地高的测值精度有一定程度的影响，观测时间加长，测值逐渐趋于稳定，其中误差有减小的趋势。在1h内，其精度随时间的增加而提高趋势是明显的。在1h之外，若继续增加观测时间，则测值的精度提高不是很明显。在这里，我们采用D级网的要求进行观测。根据观测所得的数据,并以7个大致分布均匀的三等水准点为已知点,采用次曲面拟合法进行了高程拟合,拟合后7个已知点的正常高残差均在10mm以下,中误差为m=7.1mm，精度是相当可以的。而检核基线的均方差Rms均在10mm以下

8、,没有异常。3GPS水准应用随着GPS相对定位技术的不断发展和定位精度的不断提高，GPS精密测高向传统的水准测高提出了挑战。两者相比,最大的优点表现在一个测站跨越距离上。目前GPS测高精度在5～l0km的距离上已达到三等水准测量的精度，在大范围内可接近二等水准的精度。传统水准测量的缺陷，除了作业效率低外，还由于地面折射引起系统误差积累，而且重复水准测量所得的高程变化并不完全是地壳垂直运动，含有因地壳质量迁移而引起的大地水准面变化。相反GPS相对定位具有速度快、精度高、全天候、全自动化的特点，使G