GPS技术在高程测量方面的应用探讨

付 饶

(哈尔滨市阿城区统一征地工作站，哈尔滨 150300)

GPS技术在高程测量方面的应用探讨

付 饶

(哈尔滨市阿城区统一征地工作站，哈尔滨 150300)

随着全球定位系统在社会各界的广泛应用，测绘界也对GPS技术投以高度的关注，并将其运用于测绘工作，在测绘工作中发挥了高精度、高速度、全天候及灵活布网的优势，但是由于实际高程异常情况下，由GPS定位系统获得的三维空间信息并不能完全满足测量大地高程的需求，一般多使用几何水准的测量方法确定正常的GPS点高，而这种测量方法的工作量较大，不方于测量。通过分析GPS技术在实际测绘工作中的应用，提出利用GPS技术进行测量的工作方法和建议。

全球定位系统；高程测量；拟合方法

随着GPS技术的发展，它以自身的优势被广泛应用于测绘界，但是由于高程异常的实际影响，多数情况均采用几何水准测量的方法进行正常GPS点高的确定，然而这种方法的工作量较大，有时不方便进行。GPS定位所提供的大地高程成果对高程控制网的建立有着较大的影响，本文对通用的几种利用GPS大地高程进行正常高的推算方法进行分析，结合其实际的应用情况提出一些方法及建议。

1 概述高程系统

高程系统是由GPS定位系统中获取三维空间的信息，进一步得出三维基线的向量，再结合平差求得高精度大地高H84，在实际的测量中，我们一般应用的是正常的高程H，它主要是地面点沿铅垂线到大地水准面之间的距离，通常采用几何水准的方法进行正常高的测量。因此，想要利用GPS技术测量大地高程，就要研究如何将大地点H84转换到正常高H的方法。

2 拟合方法

测定高程异常多用天文水准与天文重力水准两种方法，但是这两种方法所用到的资料都很难获得，这样就需要在GPS网的布设中，选择分布较均匀的一些点，用几何水准联测到高程，求得高程异常值，再以数学拟合的方法计算各GPS点的高程异常值，最后求出各点的正常高H。结合GPS与水准两种测量资料，建立数学模型以模拟高程异常状态，依据网点的位置参数对测量区域内任意一点的高程异常值进行计算。常用的几种方法：第一，等值线图示法。它是依据已知的高程异常值将测量区域的高程异常绘成等值线图，使用内插的方法对未知高程异常值进行确定，最后求出正常高H。需要注意的是，在使用这种方法时，必须为其提供完全的水准测量资料，均匀分布GPS的观测点，保证高精度的大地高的测量。第二，平面拟合法。它一般被用于测量区域及地形起伏较小的地区，将已知点的高程异常值用最小二乘法得出拟合参数，求出其他各点的高程异常值，最后得出正常高H。第三，二次曲面拟合。它一般被用于测量区域范围及地形起伏较大的地区，它是以6个或者更多点的高程异常值来求得拟合参数，以GPS其他各点的坐标求得高程异常值，最后求得正常高。第四，曲线拟合。多被用于特殊的工程网中正常高的求取。

3 实际生产中对水准测量的实验

结合实际的生产，我们对多区域的测量进行了GPS水准测量和几何水准测量之间拟合数学模型的验证与比较，得出相关数据和实验成果。

3.1 对神化煤制油项目控制网的实验研究

神化煤制油项目的控制网属于D级，一共分设了84个点，都施以四等水准测量，沿管线作带状分布，呈东西走向，且本部高于东部最大差为52 m左右，高程的异常变化幅度为0.49 m，并对其分别用平面拟合与二次曲线拟合的方案进行了拟合。在运用平面拟合方法中不难看出，拟合的精度由水准点的多少来决定，当拟合水准点多到一定数量的时候，拟合的精度符合三等水准。在运用二次曲线的拟合方法时，测量区域外周围的点和中部的点作为拟合的起算数据时，按惯例结果则完全符合四等水准的要求。

3.2 对乌兰浩特到突泉公路的测量研究

乌兰浩特到突泉的公路是条带图测量工程，其主线路长达85 km，一共分设了95个点，全部都采用四等水准进行联测。直接用周围的水准点同中部的水准点作起算数据，拟合的结果符合四等水准。我们还在乌兰浩特周围其他地区进行了拟合试验，所得出的效果都令人满意。

3.3 对其他工程的拟合比较

针对其他工程不同的区域范围及地形条件，分别采用两种拟合方法进行了拟合，所得出的结果也都令人十分满意。

4 分析GPS的水准精度

GPS的水准精度主要由测定和已知水准点及拟合等的误差来决定，我们可以通过优化施测的方法保证GPS的测定误差与水准点误差，但是所测区域的地形条件属于求知项，同时要结合数学模型的拟合与分布的水准点及数量的多少来决定。所以，为了保证GPS水准的施测精度能够符合四等水准的要求，在进行实际操作前，应做到施测方案的周密性及其可行性。

4.1 强化大地高的测量精度

要想强化对GPS水准的测量精度，就必须提高对大地高测量的精度，在实际测量中，使用双频GPS接收机来接收信号，选择最好的卫星分布来进行观测，同时应减弱多路径误差并延迟对流层的误差。

4.2 保证几何水准的测量精度

在建立拟合数学模型中，对几何水准精度的测量好坏将直接影响测量区域内对高程异常变化的反映正确与否，因此，必须要保证几何水准成果的良好精度，才能更好的用于拟合起算数据。

4.3 掌控几何水准的详细信息

建立拟合数学模型，将拟合区域中的拟算数据均匀分布，一般多选用区域周围与中部的水准点来进行拟合，一般最好是取6～8个拟合水准点，参与拟合的水准点越多得出的未知参数精度越高，同时还可检查拟合结果的正确度。

4.4 对数学模型的选择

大地水准是一个不规则的面，由于不同的地区地形环境的不同，大地水准面也有着不同的变化，为了取得良好的效果，应根据测量区域的规模选择不同的拟合数学模型，为了保证拟合结果的可信程度，最好采取两种以上的拟合方法来判定。但是结合实际的工作经验，对于己知高程异常本身存在的拟合误差在拟合数学模型建立的影响不置可否，而这方面工作还有待于以后的实践去论证。

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ApplicationofGPStechnologyinelevationmeasurement

FU Rao

(Acheng District, Harbin Unified Land Acquisition Workstation, Harbin 150300, China)

With the wide application of GPS in all walks of life, the surveying and mapping community has also paid great attention to GPS technology and applied it to surveying and mapping. The surveying and mapping work has played the role of high precision, high speed and flexible cloth. However, due to the actual elevation anomaly, the 3D spatial information obtained by the GPS positioning system can not fully meet the need of measuring the elevation of the earth. Generally, the geometrical leveling method is mostly used to determine the normal GPS point height. By analyzing the application of GPS technology in the actual surveying and mapping work, this paper puts forward the suggestion to measure by using GPS technology.

Global positioning system; Elevation measurement; Fitting method

P228.4

A

1674-8646(2017)20-0058-02

2017-08-28

付饶(1977-)，男(满族)，本科，工程师。