gps高程拟合代替三等水准可行性研究

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1、GPS高程拟合代替三等水准可行性研究摘要：GPS高程拟合精度一直是人们研究的焦点，本文依托京沪高速铁路精测网，采用不同模型进行了高程拟合并根据水准测量结果进行检验，证明GPS高程拟合能达到三等水准测量精度。关键词：高程拟合；模型；水准1引言GPS能够提供WGS-84坐标系下的精确三维坐标，通过坐标转换以后也能提供精度相当的平面坐标。而在高程方面，GPS高程能否达到等级水准测量的精度，还是人们探讨的一个课题。GPS测量得到的高是大地高，即地面点沿法线方向到参考椭球面的距离，这与我们常用的水准高程之间存在一个高程异常，为此，我们要通

2、过GPS高程得到精度相对较高的水准高程就必须获得高精度的GPS大地高和当地的高程异常。实际上，GPS测高主要包括三个方面：（1）使用GPS测量椭球高；（2）运用一个大地水准面模型；（3）将最终要得到的正常高(或正高)拟合到高程基准面上。以上三个方面限制了运用GPS测量高程，它们依GPS测量的范围不同而影响大小也不一样。在一般的外业观测中，影响GPS三维坐标的因素主要有以下一些：1．观测信号方面的影响（1）相位整周模糊度解算是否可靠直接影响三维坐标。（2）多路径效应的影响分为直接的或间接的，并能对三维坐标产生分米级的影响。间接影响

3、是指影响求解整周模糊度。在有足够的观测时间时，卫星几何位置的变化将能通过平均将其影响减小，然而当观测时间较短时，多路径效应影响将变得很大。尽管硬件和软件能降低多路径效应影响，选择好的站点避免多路径效应以及增加多余观测以发现残差的影响仍然是很重要的。（3）电离层也对三维坐标产生影响。电离层的影响在基线长于20km时将变得很大，双频观测向量能消去大部份的电离层影响。这种影响在地极处以及地球赤道附近要比其他地方大些并随太阳周期变化而变化。因此，在某些地区和某个时间，电离层的影响很大，特别是对于单频接受机。即使对于短边，对流层延迟也将产

4、生很大的影响，可达到几厘米。（4）天线高是一个明显的误差来源。如果使用三角架，由于高度经常变化，所以外业要求必须对天线高测量进行检查。而且在量取仪器高度的时候，所得地面点到仪器的高度是斜距，并不是二者的垂直距离。如果使用仪器本身配带的具有改正系数的尺子可以减小这种误差，大多数情况下这种误差的影响是很大的。2．大地水准面模型方面的限制GPS测量得到的是椭球高(H)，为了获得正常高()，我们需知道当地精确的高程异常值()。对长距离，GPS测量也能非常有效地得到椭球高，但会遇到大地水准面和高程基准面方面的问题。为了提高高程精度，可以通

5、过计算当地大地高模型并采用内插技术。精度的好坏取决于当地重力值的可靠程度。在高差很大，地质情况复杂的地区，大地水准面模型精度会很低，选择适当的参考椭球和投影面可以提高这方面的精度。随着现代GPS接收机技术的发展和GPS数据处理软件的不断完善，相位整周模糊度解算、多路径效应的影响、电离层对三维坐标产生影响、天线高等影响GPS三维精度的因素可以有效减小，选择一个合适的方法和高程投影面，在范围不大的地区，GPS高程是可以到达相应等级水准测量的精度。2常用高程系统介绍高程测量是GPS测量的重要组成部分，在GPS相对定位中，所求得的三维基

6、线向量，通过GPS网平差，可求得精密的WGS-84大地高差，再通过坐标转换，求得精密的国家或地区参考椭球的大地高差，如果已知网中一个或多个点的大地高程，就可以求得各GPS点的大地高。为了找出GPS高程系统与其他高程系统的关系，下面介绍几种常用的高程系统及他们的关系。（1）大地高高程系：大地高高程系统是以参考椭球面为基准面的高程系统，地面某点的大地高程H定义为由地面点沿通过该点的椭球法线到椭球面的距离。GPS定位测量获得的是WGS-84椭球大地坐标系中的成果，也就是说GPS测量求得的是相对于WGS-84椭球的大地高程。由大地高程的

7、定义可知，它是一个几何向量，不具有物理意义。不难理解，不同定义的椭球大地坐标系构成不同的大地高程系统。（2）正高高程系：正高高程系统以大地水准面为基准面的高程系统。地面上任一点的正高高程即该点沿垂线方向至大地水准面的距离，地面上某一点B点的正高可表示为：（4-1）式中为B点到大地水准面的的垂线上的重力加速度的平均值，其值不能精确测定；表示过B点的水准面与大地水准面间的位能差，不随积分路线而异。（3）正高高程的性质：A：地面任一点的正高不随水准测量路线的不同而有差异，是唯一确定的值，可用来表示地面的高程；B：由于不能精确获得（包括

8、测定及由公式推导），故严格来说地面上任一点的正高高程不能精确求得；地面点的正高（）是该点至大地水准面的铅垂距离，也叫绝对高程或海拔。地面上某点的正高定义为由地面点沿铅垂线至大地水准面的距离。（4）正常高高程系：正常高是将正高系统中不能精确获得的平均重力加速度用正