似大地水准面精化成果在地质工程测量中的应用探讨

■杜炳辉

（中国地震局第二监测中心陕西西安710054）

似大地水准面精化成果在地质工程测量中的应用探讨

■杜炳辉

（中国地震局第二监测中心陕西西安710054）

地质工程测量是地质勘查中一项重要的基础工作。因而，在地质工程测量中运用合理而科学的测量方法显得尤为重要。似大地水准面精化成果用于高程系统的起算面，具有高精度，三维性，动态性，多功能的特点。将其运用在地质工程测量中获得其高程成果变得十分可取。一方面，可以保证测量结果的高程精度；另一方面，可以减少一定程度的工作量，降低测量成本，取得可观的经济效益。

似大地水准面；精化；地质工程测量；高程异常

1　似大地水准面的简述

似大地水准面又称为重力等位面，从严格意义的角度来讲，它和大地水准面相近，但不是大地水准面，似大地水准面一直以来是被用作辅助面来进行计算，是前苏联地球物理学家、测量学家莫洛琴斯基在对地球外形构造进行研究的时候提出的一个辅助面，该辅助面是与大地水准面十分接近且在海洋上完全重合。在大陆上有微小区别的曲面，大地水准面是正常高端点的起算面。

区域似大地水准面精化是通过运用GPS水准测量，地形资料，重力场模型等，再加以相应的算法确立起来的似大地水准面。区域似大地水准面精化，不仅可以建立与国家大地测量坐标一致的精确的区域似大地水准面高程控制框架，而且可以放弃以往步骤繁琐的老方法，而选用GPS定位技术，是测量成果的获取工作更加快速便捷。

2　国内似大地水准面精化的成果分析

通过分析国内外似大地水准面精化成果，我们发现，中国的似大地水准面精化和分辨率与世界先进水平仍有很大差距，主要原因是重力数据、GPS及水准数据的密度不够高，精度也不够好。如果想要达到国际先进水平，首先要在我国部分发展较快、经济条件较好的省市和地区建立高精度、高分辨率的似大地水准面模型，并且逐步加以推广，进而建立国家级的数据模型，提高整体精度，为国家的经济建设发挥强大作用。

3　似大地水准面精化成果在地质工程测量中的应用

3.1精化似大地水准面的方法

如今主要用于精化似大地水准面的方法有三种：重力学法、利用天文技术的几何法、前两个结合起来的组合法。

当前，关于局部大地水准面的精化，大多都是采用的组合法。目的是精化区域性大地水准面，组合法是以GPS水准技术确定的精度高但分辨率较低的几何大地水准面作为控制模板，让其和分辨率高但精度较低的重力大地水准面用重力学的方法进行拟合。

3.2确定似大地水准面方法的差异

经过收集的数据以及相关分析，我们得出：基于贝叶斯正规化理论的BP神经网络拟合精度最高，而且残差分布比较均匀，高程异常精度一般在2.7cm以内；二阶多项式法和多面函数法的精度相当，精度一般在3.6cm;加权平均法的拟合效果是几个当中最差的，精度一般在12.8cm,且残差分布非常不均匀，最大残差值达到36cm[2]。

3.3作业案例

（1）所谓的高程异常ζ指的是似大地水准面与大地高之间的差值，正常高可以记为h,大地高记为H,则其相互关系如下式：

ζ=H～h(1.1)，该系统为我国通用的高程参考系统。

（2）对点的高程异常进行排查，等值线图的精度很大程度上决定了计算的精度，利用等值线图法在高程异常图或大地水准面差距图分别检查。

（3）计算GPS高程拟合的时候，通常采用的方法是曲面拟合法。

3.3.1作业数据

本文通过某大型水利工程前期地质勘查测量时，GPS控制网实际案例对该地区似大地水准面成果待定点的大地高H转换为正常高h，从而完成GPS高程转换计算。

从统计的基线比率，参考变量和RMS精度分析可知，各条基线向量解算精度良好，完全达到D级GPS控制网的精度要求。

3.3.2平差计算

在WGS～84坐标系下，以联测的高等级GPS控制点三维坐标作为起算依据，进行三维约束平差计算，获取待求点WGS～84坐标系下的三维坐标成果（B.L.H）和各种平差精度信息。三维约束平差后三维坐标精度对特定地点的似大地水准面高程进行转换。

经过转换计算，GPS正常高h与同名点二等水准测量所获得的水准正常高Hg进行互差检核，以互差的中误差作为本次GPS高程转换的精度指标。

3.4转化分析

为简化计算，将待定点二等水准测量所获取的正常高h认为是真值，将GPS正常高Hg于同名点h求差。计算公式：m=√±[vv]/n。

经计算得到似大地水准面高程转换成果与二等水准测量成果互差的误差为±4.5cm,即GPS高程转换精度为±4.5cm，符合规范要求，高程转换结果客观可靠。

值得注意的是，在GPS水准法中，数值逼近模型具有模型简单，计算速度快，操作性强，但是模型难以“准确”地表征逼近场的一切特征。同时数值逼近模型是在一定的假设上计算的，即测区地势平坦，但如果测区的地势不平坦，这个假设就不能成立。除此之外，模型和实际情况的不同之处也会带来影响，而这些影响会为后来的估值带来误差[4]。基于贝叶斯正规化理论的BP神经网络法有很好的容错性，能降低未知因素的影响，减少模型误差，同时有较强的泛化能力。

4　似大地水准面精化成果的优越性

经过生产实践证明，似大地水准面精化成果其测量结果的精确性高,可靠度强，区域性的精化精度完全可以满足相关测量技术要求，为城市建设的数字化、网络化、信息化提供可靠的地理信息数据，以及工程建设方面提供高精度、多功能的测绘保障。

另外，其作业效率高，经过似大地水准面插值获得正常高的方法完全可以替代低等级的水准测量，减少野外工作量，降低生产成本，数据共享，避免重复工作，为区域性建设的国土资源管理部门提供历史数据的对比分析，以及土地资源利用综合统计分析和结果输出等应用[3]。

5　结语

经过以上似大地水准面精化结果的分析，我们总结出：似大地水准面精化成果的合理使用，不仅可以保证高精度、高效率的高程数据，而且在高程成果稀少或不能完全覆盖整个测区的地质工程测量时，经过转换计算即可得到达到预期的高程结果精度[5]，体现出良好的效果。

[1]张忠龙.地形复杂地区似大地水准面精化研究 [D].昆明理工大学,2014,5(13):541.

[2]董书晓.局部大地水准面精化组合模型对比研究 [D].昆明理工大学,2014,4(1):35～36.

[3]陈亮，隋心.矿区似大地水准面精化成果的检核与应用 [J].露天采矿技术,2015,2 (15):40～41.

[4]景云.山西省似大地水准面的确定研究 [J].科技情报开发与经济.2008(24).

[5]洪镇填,唐力明,林铁.清远市清城区似大地水准面的精密确定 [J].测绘工程.2008 (04).

P624文献码]B

1000～405X（2016）～4～321～1