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1、GPS拟合高程在铁路测量中应用 摘要：GPS全球定位系统作为新形式测量系统，已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个方面。GPS全球定位系统在铁路工程测量中的应用，在最近的两年得到了迅速推广，这主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。关键词：GPS全球定位系统；工程测量；铁路工程；高程拟合中图分类号：P258文献标识码：A文章编号：一.引言7随着我国国民经济的快速增长的西部大开发的实施,我省的高等级铁路建设迎来前所未有的发展机遇,这就对勘测设计提出了更高的要求,随着铁路设计行业软件技术和硬件设备的发展,铁
2、路设计已实现CAD化,有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持;建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链,减少数据转抄、输入等中间环节,是铁路勘测设计“内外业一体化”的要求,也是影响高等级铁路设计技术发展的“瓶颈”所在。目前铁路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备,但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制,作业强度大,且效率低,大大延长了设计周期。勘测技术的进步在于设备引进和技术改造,在目前的技术条件下引入GPS技术应当是首选。当前,用GPS方法建立沿线总体控制测理,为勘测阶段测绘带状地形图,路线平面、纵面测量提供依据;在施工阶段为桥梁,隧道建立施工控制网,这仅仅是GPS在铁
3、路测量中应用的初级阶段,其实,铁路测量的技术潜力蕴于GPS技术的应用之中,GPS技术在铁路工程中的应用,有着非常广阔的前景。二.GPS技术相关介绍GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户当然还应有卫星接收设备。7GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。在需要的位置p点架设GPS接收机，在某一时刻ti同时接收了三颗(a、b、c)以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离sap、sbp、scp，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。全球定位系统（作为新一代的卫星
4、导航与定位系统，以其全球性、全天候、高精度、高效益的显著特点，已经在测量领域得到了广泛的应用。GPS技术表征的平面位置，其精度之高以被人们所认识和接受。但是GPS高程精度如何，一直是人们普遍关心的问题。为此，国内一些测绘单位进行了若干试验，从试验结果来看，在较为平坦或浅丘的地区，GPS高程可以达到三～四等水准精度。但由于试验数据量少，操作要求严格以及对起算点的数量和精度都有较严格的规定等，人们对其可靠性还存有疑虑或因满足有关条件而增加成本，至今应用有限。事实上，在应用中人们除关心其作业精度外，还在计算着成本的增减，因此，在实际的生产应用中也很难达到试验时所能达到的各种条件。本作品就是在同
5、时兼顾这两方面因素进行的，即在不加地形改正和没有重力数据的情况下，进行GPS高程向常用高程系统的转换。用来自生产实践的数据试验表明，在平原或浅丘地区，GPS高程能够达到四等水准精度，在一定程度上降低了生产成本。GPS高程系统指地面点沿椭球法线到参考椭球面的距离叫做大地高，用H表示。地面点到似大地水准面的距离叫做正常高，用Hr表示。似大地水准面和大地水准面十分接近。地面点的正常高不随水准测量路线的变化而变化，是唯一确定的值，同时也是我们实用的高程。似大地水准面与椭球面之间的距离称为高程异常.高程拟合方法是一种比较实用、精度较高的方法。具体做法是在一个测区内有若干个既进行了GPS测量又联测了
6、水准高程的GPS点，那么可以利用大地高和水准高之间的关系，精确获得这些水准重合点的高程异常值，利用这些离散点上的异常值，可以拟合出测区所在局部区域的似大地水准面，进而可以内插出未知点上的高程异常。三.GPS高程拟合法的具体应用7高程拟合法的基本思路是：在GPS网中联测一些水准点（要求这些点分布均匀、密度适宜），再利用这些点上的正常高和大地高拟合求出它们的高程异常值，然后根据这些点上的高程异常值与坐标的关系，用最小二乘法拟合出测区的似大地水准面，最后利用拟合的似大地水准面内插出其他GPS点的高程异常值，利用求出各未知点的正常高。以下为确定高程异常的主要方法。1.等值线图示法该方法主要是根据
7、测区内已知点的高程异常值，绘出测区高程异常的曲线图，知道待测点的WGS—84位置后，就可以利用内插的方法来确定待测点的高程异常。经验表明：在地势比较平坦的地区，内插法得到的高程异常的精度可达厘米级。2.解析法解析法是利用数学模型来拟合测区的大地水准面。如果知道待测点的WGS—84大地坐标，利用数学模型即可计算高程异常的精度，其主要取决于所采用的数学模型与测区似大地水准面拟合的程度。以下为目前工程测量中应用较多的数学模型。（1）曲线拟
