区域似大地水准面精化方法在测量中的技术路线及应用
区域似大地水准面精化成果检验方法探讨
区域似大地水准面精化成果检验方法探讨采用GNSS技术可以快速的测定出大地高,并且精准度达到了厘米级。
将GNSS技术应用到大地高的测定中,结合似大地水准面精化模型,可以快速准确的检测出待测点的海拔高度。
随着各省、市似大地水准面精化模型的建设,似大地水准面成果在逐渐的成型。
但是目前我国的似大地水准面技术还缺乏相关的规范或技术,没有统一的计算依据。
本文主要从检验内容和测绘方法探讨区域似大地水准面精化成果检验遇到扥问题,并提出解决措施,提升似大地水准面精化成果的准确性。
标签:似大地水准面;精化成果;检验内容;检验方法引言:高程基准现代化的关键基础设施是精密的似大地水准面数字模型。
现代各省、市都在建设似大地水准面精化模型,传统的地面标石高程基准将会被基于GNSS 测量的数字高程基准所替代,从而改变高程测定的作业模式,保证检测数据的准确性。
区域似大地水准面精化项目在全国被广泛的应用着,已经为我国的经济发展带来了巨大的经济效益。
但是在发展的过程中,缺乏统一的技术规范,对似大地水准面精化成果不能进行准确的进行测定。
一、区域似大地水准面精化检验内容(一)成果正确性检验1)参考基准主要的参考基准内容包括大地坐标系、高程基准的标准性。
2)数学模型数学模型的检验内容主要为似大地水准面的计算数据的准确性、计算流程的科学性、计算过程等功能的完备性。
(二)数学精度的检验内容数学精度检验内容包括模型分辨率检验、模型粗差探測、内符合精度检验和外符合精度检验。
(1)分辨率检验分辨率检测主要分为两种方式,分别为模型的格网分辨率检验、模型的实际分辨率检验。
模型的格网分辨率检验主要是通过对建立的模型进行检测,并检测数据存储的正确性,保证每单位格网数据的准确性。
模型的实际分辨率检验是对地形复杂的区域,按照建立模型的设计分辨率,对其进行计算,将多个相邻格网中心处的重力异常值进行统计、记录,后期对其进行检查和对比。
在地形复杂区域,地形起伏程度与重力异常变化有直接的联系。
区域似大地水准面精化的方法探讨与精度分析
区域似大地水准面精化的方法探讨与精度分析布金伟;左小清【摘要】This paper presents the principle and method of GPS/ leveling fitting the basic theory and the regional quasi bined with concrete examples of regional key comparison, two polynomial curve fitting methods: bilinear interpolation method of triangulation, and weighted average push accuracy estimate method are given to obtain some useful conclusions.The experimental result shows that in the absence of sufficient gravity data, triangulation bilinear interpolation can obtain the ideal accuracy,by which the method of refined quasi geoid height can cover the fourth level.%阐述与GPS/水准高程拟合相关的基本理论及区域似大地水准面精化的原理与方法,并结合区域的具体实例,重点比较二次多项式曲面拟合法、三角剖分双线性内插法、加权平均推估法的精度情况,从中得到结论.实验表明,在没有足够重力数据的支持下,三角剖分双线性内插法获得比较理想的精度,利用该方法精化似大地水准面获得的高程可以代替四等水准.【期刊名称】《测绘工程》【年(卷),期】2017(026)006【总页数】6页(P40-45)【关键词】GPS/水准;区域似大地水准面;二次多项式曲面拟合法;三角剖分双线性内插法;加权平均推估法【作者】布金伟;左小清【作者单位】昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明 650093;昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明 650093【正文语种】中文【中图分类】P228随着全球导航卫星(GNSS)定位技术及连续运行参考站(CORS)的广泛应用,能提供高于10-7相对精度的大地测量数据,但我国使用的高程系统是正常高系统,GNSS 获得的数据高程为大地高。
局部似大地水准面精化技术在地下管线测绘中的应用
局部似大地水准面精化技术在地下管线测绘中的应用摘要:目前似大地水准面的确定方法主要有几何方法(天文水准、卫星测高、GPS水准等)、重力学方法、几何和重力联合方法。
在当前省市级似大地水准面的确定上一般采用几何和重力联合方法(亦称组合法),即以GPS水准确定的高精度但分辨率较低的几何似大地水准面作为控制,将重力学确定的高分辨率但精度较低的重力似大地水准面与之拟合,以达到确定省市级似大地水准面的目的。
基于此,本文探讨了局部似大地水准面精化技术在地下管线测绘中的应用,以供相关人员的参考。
关键词:地下管线测绘;局部大地水准面精化技术1地下管线测绘的重要意义城市的发展,需要不断解决人们日益提高的生活中的各样问题,地下管线的发展,需要以最经济、合理的方式来顺应城市的规划要求,建立现代化可续的管理模式,满足人们日常生活、生产中的需求,保证城市的正常运行,地下管线的系统化管理会影响着施工的质量和进度,因此,需要重视施工的每个环节,从规划到设计,再到管理,都需要完善的准备,确保万无一失,避免对人们的生活造成不必要的损失,从而提升了人们生活的水平和质量。
2局部大地水准面精化的现状及其发展前景近20年来,虽然大地测量边值问题的理论有了很大发展,但仍然是以莫洛金斯基问题为中心展开的,提出了非经典(纯量)莫洛金斯基问题,包括纯量固定和纯量自由边值;边值问题的非线性理论,非线性解和二次逼近理论;测高-重力混合边值;重力梯度边值;超定边值等问题。
但是,这些基础理论成果的大部分都还没有在实用上得到反映,实用上仍然是以克拉鲁普给出的线性化莫洛金斯基问题边值条件为基础,大都采用莫洛金斯基级数零阶项(斯托克斯积分)加一阶项(考虑地形效应的G1项积分)。
包括我国在内的世界上许多的国家,都采用了由该理论导出的似大地水准面,高程异常和正常高高程系统,其中回避了地壳密度的输入以及正高不可测的难题。
似大地水准面无物理意义(有幸的是在海洋上与大地水准面一致),不能直接用于陆地地学研究,建立大地测量参考系仍然以大地水准面为基础,似大地水准面还要转换为大地水准面。
宁夏似大地水准面精化结果在输电线路航测外控测量中的精度分析与应用
宁夏似大地水准面精化结果在输电线路航测外控测量中的精度分析与应用摘要:本文介绍了宁夏区域GNSS B级网和在似大地水准面建设实践的基础上,利用GNSS 组合法建立宁夏区似大地水准面的方案,研究了其数据处理方法和精度,简述了似大地水准面检核的内容,利用实际的观测资料对区域GNSS B 级网和似大地水准面精化精度的可靠性进行了分析,并在输电线路航测外控工作中,利用精化成果,进行控制网精度分析。
关键词:似大地水准面,控制网,精度分析1.引言大地水准面的精化是一项意义重大的工作,利用似大地水准面精化成果,在航测外业基础测绘中应用已建区域精化似大地水准面模型测量像控点工作,从控制点使用数量、分布和达到的预期精度方面进行了试验。
一般情况下,一个大型的 GNSS 网中使用3个点位可靠的B级点来约束GNSS网平差,并配合精化似大地水准面插值模型取得的控制点坐标和高程,完全能够满足 1∶2000比例尺地形测量精度要求。
为确保 GNSS网点拟合高程的可靠性,可适当用 GNSS 联测国家水准点以检查 GNSS 网点的高程拟合外符合精度。
原有的国家三角点成果,由于测量年代悠久、历史原因和受当时的技术设备条件限制,其可靠程度和精度已不能用来检测和衡量 GNSS网点的平面和高程外符合精度。
使用 B 级点来约束 GNSS 网平差,并配合精化似大地水准面插值模型取得控制点坐标和高程,可以缩短工作周期,减少人员设备投入,降低成本消耗。
2.似大地水准面精化的设计2.1高程系统我国规定采用的高程系统是正常高系统,参考面是似大地水准面,这个面相对参考椭球面的起伏为高程异常,在求取平均空间重力异常时,必须先进行重力归算,即地面点重力异常归算至平滑的归算面上,以减少地形起伏对重力异常的影响。
地面上一点的GNSS 测量得到的是三维地心坐标(XYZ 或BLH)成果,若既进行GNSS 测量,又进行水准联测,那么就可以得到地面点的高程异常,即:ξ= HGNSS- H水准,其中:HGNSS为GNSS 大地高,h水准为正常高,高程异常也就是参考椭球面与大地水准面之间的差距,所谓的大地水准面精化就是计算高程异常。
区域似大地水准面精化在地籍测量中的应用
2 0~± 0c 使在中小比例尺测图的高程控制作业 中, 3 m, 以 卫星 定位 技 术全 面取 代 传 统 的水 准 测 量 ” 这将 最 大 B 。
限度地 满 足城市 测绘 工作 和经 济 建设 对 高精 度 空 间定 位
的需要 。
量 中的 重要 性 。
关键 词 : 区域似 大地水 准面; 精化 ; 地籍测量 中图分 类号 :23 0 P2 . 文献标识 码 : B 文章编号 : 7 5 6 (0 1 0 0 1 0 1 2— 8 7 2 1 )2— 27— 3 6
T eAp l ain o e in l ai- od h pi t fR go a c o Qu s ・Gei ・
Re n n n Ca a t a u v yn i f i g i d sr lS r e i g
L ONG e g—s i Ch n h
( n nP oic l u vyn n p igIs tt , n y n 2 00, hn ) Hu a rvn i reiga dMa pn ntue Heg a g4 10 C ia aS i
技术 手 段 , 高 我 国大地 水 准 面确 定 的精 度 , 到东 部 地 提 达
区 ±5~±1 m、 0c 中西 部地 区 ±1 ± 0c 西部 山 区 ± 0一 2 m、
似大地水准面精化在控制测量中的应用探讨
似大地水准面精化在控制测量中的应用探讨摘要:本文简要介绍了似大地水准面的现状和理论知识,结合两个工程实例,对似大地水准面精化在控制测量中的应用进行了探讨,分析了作业方法的影响和误差来源。
得出结论在精度方面已经达到了规范的要求,而且具有速度快,节省外业工作量及低成本等优点。
关键字:似大地水准面、精化、GPS1、绪论近年来,随着科技的不断发展和进步,GPS技术已经普遍的应用在测绘等多个方面的多个环节,利用GPS技术可以达到10-7甚至更高的精度量级,可以方便快捷的获取所测点位的高精度的平面坐标。
但是却一直未能以相应的精度求解点的正常高高程。
其原因是尽管GPS能给出高精度的大地高,却由于没有一个具有相应精度和高分辨率的大地水准面模型,致使在GPS大地高至正常高的转换中精度严重丢失。
为此,目前包括我国在内的国际大地测量学界都在致力于研究区域性高分辨率高精度似大地水准面。
高精度的大地水准面结合GPS定位技术所获得的三维坐标中的大地高分离求解正常高,正在改变着传统的高程测量作业模式,可以节约大量的人力、物力,产生巨大的经济效益,而且具有特别重要的科学意义和社会效益。
2、精化似大地水准面的理论2.1似大地水准面似大地水准面严格说不是水准面,但接近于水准面,只是用于计算的辅助面,似大地水准面是获取地理空间信息的高程基准面。
似大地水准面尽管不是水准面,它与大地水准面不完全吻合,但在海洋面上时,似大地水准面与大地水准面重合,在大陆上时也几乎重合,在山区有2-4米的差异。
我国的高程基准采用的是正常高系统,正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。
测定正常高,经典的、最精密的方法是几何水准测量。
随着建立和维持大地测量基准的技术手段、工具和理论方法的变化,大地水准面精化成了大地测量、地球物理等科学研究的重要内容之一,同时也是一项重要的基础测绘项目。
确定厘米级的局部似大地水准面是当今大地测量学研究的热点,它将为基础测绘、数字城市建设、交通、水利、电力等多领域提供必要的测绘服务,具有特别重要的科学意义以及巨大的社会效益和经济效益。
CORS站及似大地水准面精化在1-1万航测中的应用
CORS站及似大地水准面精化在1:1万航测中的应用摘要本文主要围绕基于临时连续运行基准站技术和新疆似大地水准面精化技术在1:1万基础测绘方面的推广和使用。
从作业方法、应用效果、性能特点及技术条件分析来印证其在航空摄影像控测量中的优越性能。
关键词临时连续运行基准站;似大地水准面精化;GPS;PPK;航空摄影测量;测量精度0 引言目前遍布全新疆的CORS站建设尚不能满足基础测绘的需要,建设速度尚待加快;已建CORS站的数据获取渠道不畅,无法满足外业测绘生产的需要,需要形成一个数据获取的机制。
其次目前的似大地水准面精化模型仅能用于1:10000基础测绘,部分地区还存在着一定的系统差,大比例尺基础测绘无法使用。
完成了厘米级的似大地水准面精化和CORS站的建设后,新疆的现代测绘基准就建立起来了,为基础测绘带来的变革将是划时代的,基础测绘生产的速度将可以满足自治区经济社会发展的需要。
1 基于临时连续运行基准站技术应用1.1临时基准站布设与选点当测区已有的四等以上三角点、水准点,国家等级GPS控制点的分布及密度不能满足采用单基站GPS RTK测量方法联测像控点平面坐标和高程要求时,应布设临时基准站。
临时基准站的布设,以满足采用单基站GPS PPK测量方法联测像控点平面坐标和高程要求,并符合1:1万基础测绘航空摄影测量外业技术规定要求为原则设计。
临时基准站以基于区域卫星连续运行基准站网的点观测模式以多个同步环为基本组成的网观测模式,其连接形式为边连式。
临时基准站点位应充分利用国家等级三角点、水准点或GPS点。
点位视场内障碍物的高度角不宜超过15°。
点位应远离大功率无线电发射源(如电视台、电台、微波站等),其距离应大于200m,点位应远离高压输电线和微波无线电信号传送通道,其距离应大于50m。
也可利用国家等级三角点、水准点或GPS点标石作为临时基准站。
1.2临时基准站网平面联测基于区域卫星连续运行基准站网的点观测模式联测要求,应使用采用双频GPS接收机,标称精度平面应≤10mm+2×10-6×d,高程应≤20mm+2×10-6×d进行观测。
区域大地水准面精化理论与应用的开题报告
区域大地水准面精化理论与应用的开题报告一、选题背景区域大地水准面精化是地理信息科学中的一个重要研究领域,其研究对象是利用全球定位系统、多普勒卫星定位等技术手段,对大地水准面进行高精度测量和建模,以提高区域性大地水准测量精度和定位精度,确保地理信息系统和地理空间数据的准确性和可靠性。
该研究领域的发展,对于推动我国的地理信息科学事业和地理信息技术的发展具有非常重要的意义。
二、研究目的本论文旨在探讨区域大地水准面精化理论与应用,研究区域大地水准面建模方法、精度控制技术、精化算法等方面的内容,并应用于实际工作中,提高区域性大地水准测量的精度和可靠性,为地理信息系统和地理空间数据的精准定位提供支持。
三、研究内容1. 区域大地水准面的概念和测量方法,大地水准面精化的基本原理和技术路线。
2. 大地水准面建模方法研究,包括根据地球重力场模型进行大地水准面建模、根据GPS精密测高数据进行大地水准面建模等方法。
3. 大地水准面精度控制技术研究,包括大地水准面异常点识别和处理方法、大地水准面精度控制方法等。
4. 大地水准面精化算法研究,包括网格法、大地水准面微调算法等。
5. 实际工作中的应用研究,包括应用于地理信息系统的高精度地图制作,城市规划和建设等方面。
四、研究方法本论文采用文献综述和实证分析相结合的方法,重点研究大地水准面建模方法、精度控制技术和精化算法,运用GIS和GPS等技术手段,开展相应的实证研究,并结合实际工作场景,探究该领域的应用前景。
五、预期结果通过本论文的研究,预计可以深入了解大地水准面的精化理论和技术路线,掌握大地水准面建模、精度控制技术和精化算法等关键技术,在实践中提高大地水准面的精度和可靠性,促进地理信息系统和地理空间数据的准确定位和精准应用,对于我国的地理信息科学事业和地理信息技术的发展具有积极的推动作用。
区域似大地水准面精化方法在测量中的技术路线及应用
区域似大地水准面精化方法在测量中的技术路线及应用摘要:区域似大地水准面精化方法能为测量工作提供技术支撑,具有科技、经济和社会应用价值。
在实际的测量工作中,利用GPS测量代替一部分的水准测量,使区域似大地水准面的精度及其分辨率提高,推进数字化区域建设进程。
本文就区域似大地水准面精化方法的原理和技术要点进行分析,阐述此方法在测量工作中的应用和实施。
关键词:区域似大地水准面精化方法;测量工作;GPS测量一、区域似大地水准面精化方法技术原理大地水准面是假设地球表面由完全静止的海水所包围的曲面。
正高是沿重力方向地面上任意一点到大地水准面的距离,在位差理论中,正高的算法是用沿水准路线的位差比重力平均值。
由于重力平均值无法准确得出,所以较难求解出正高值。
为了解决这个问题,用地面点的正常重力值替换重力平均值,而对于水准路线上的重力使用实测重力值。
高程起算面由于重力值的改变发生变化,此时的测量的大地水准面应为似大地水准面,是经过理论处理的大地水准面。
海洋上的似大地水准面与大地水准面相一致,但根据原理,陆地上的似大地水准面就有所不同。
沿重力方向,地面点与似大地水准面之间的距离为正常高,所以似大地水准面作为正常高的起算面,而这样的高程系统为正常高系统。
正常高系统是我国的法定高程系统。
定义一个参考椭球面作为大地高的起算面,当参考椭球面的设定不同时,所计算出的大地高也不同。
大地水准面差距(N)是参考椭球面到大地水准面的距离,而参考椭球面到似大地水准面的距离为高程异常(ξ)。
所以地面点的大地高(H)等于其正高加上大地水准面差距,或者等于正常高加上高程异常。
已知任意地面点的大地高和高程异常,就可以求出其正常高。
精化似大地水准面的基础就建立在采用GPS定位,测出大地高,精确确定区域内的高程异常,就能转准确得出区域的正常高。
二、区域似大地水准面精化方法在测量中的技术路线常用来区域似大地水准面精化的方法,就是根据莫洛坚斯基理论,结合重力测量资料、地形数据,利用高阶次的重力场模型以及移去恢复技术,将区域重力似大地水准面计算出来。
精化区域似大地水准面提高GPS高程测量精度
精化区域似大地水准面提高GPS高程测量精度师芸;杨海兵【摘要】采用重力法和GPS水准研究了区域大地水准面的精化问题.应用斯托克司方法与莫洛金斯基理论计算重力似大地水准面,然后用GPS水准进行拟合校正以提高精度.通过对某测区的实际应用研究,获得了令人满意的结果,其内部检核精度为:参考模型为WDM94的最终大地水准面,中误差为±8.7 cm;参考模型为EGM96的最终大地水准面,中误差为±9.8 cm.外部精度为:对参考模型为WDM94的最终似大地水准,中误差为±8.3 cm;参考模型为EGM96的最终似大地水准,中误差为±10.8 cm;对未经GPS水准拟合的重力大地水准,中误差为±27.4 cm,表明本文采用的理论与方法在生产实际中是可行的.【期刊名称】《桂林理工大学学报》【年(卷),期】2006(026)003【总页数】4页(P377-380)【关键词】大地水准面;GPS水准;重力【作者】师芸;杨海兵【作者单位】西安科技大学,测量工程系,西安,710054;江苏省有色华东地勘局807队,南京,210000【正文语种】中文【中图分类】P216确定区域高精度大地水准面的目的,一方面是大地测量学科发展的需要,另一方面是解决施测大比例尺地形图时,用GPS测量手段代替三角高程测量和低精度的水准测量,从而在用GPS确定平面位置的同时,也确定正常高程,实现GPS三维控制测量,提高生产效率.笔者采用重力法和GPS水准研究区域大地水准面的精化问题.应用斯托克司方法与莫洛金斯基理论计算重力似大地水准面,然后用GPS水准进行拟合校正以提高精度.通过对某测区的精化区域(似)大地水准面的方法及应用软件的研究,完成了一个具有生产实用价值且精度达到厘米级的区域(似)大地水准面,该项成果达到了设计要求,充分发挥了GPS测量方便、省时、省力、精度高、成本低等优点.1 区域大地水准面精化数学模型1.1 谱方法计算高分辨率格网(30″×30″)地形及均衡改正[1]1.1.1 谱方法确定格网地形改正顾及台劳级数二阶项的谱表达式为δgTC=δgTC1+δgTC2,δgTC1=(1)式中:δgTC为格网结点的局部地形改正表示二维Fourier变换逆算子;HK=F2[ΔhK],K=0,1,2,3,4,为二维Fourier变换算子;RK=F2[1/l2K+1],K=1,2;l为两点间平面距离;h为高程.1.1.2 谱方法确定格网均衡改正采用爱黎-海斯卡涅均衡模型,格网均衡改正的谱表达式为(2)式中:δgIS为格网结点均衡改正;R1=F2(r1),R2=F2(r2);d0为平均抵偿根厚度,D1=F2(d),D2=F2(d2),d=hρ/Δρ.1.2 格网平均空间异常的计算[2]由Stokes公式可知,根据重力异常和扰动位的关系式,可解算出(似)大地水准面上的扰动位,最后求出大地水准面差距(高程异常),由于实测重力点是离散点,则算式为(3)式中:i为按一定经纬度划分的格网号;N为大地水准面差距;ψ是计算点P与流动点Q间的球面角距,按式ψ=arccos[sinφpsinφq+cosφPcosφQ·cos(λQ-λP)]计算;S(ψ)为Stokes函数,S(ψ)这里s=sin(ψ/2);R为地球的平均曲率半径,且为地球平均正常重力值;Δg是空间重力异常.而在实际工作中,不可能在每个格网均匀布设重力点,确定平均重力异常,因此,先要对重力异常进行插值,然后再求格网的平均重力异常.用“移去-恢复”法进行内插,一般认为地形均衡异常最为平缓,先在实测的重力点上,将空间重力异常“移去”地形均衡的影响,变为地形均衡异常,按此内插一定间距(如2.5′×2.5′,30″×30″)各网点上的地形均衡异常,再加上在这些内插点上用DEM计算的地形均衡影响,反符号再恢复到各内插点上,得到间距点上的空间重力异常,最后将这些点取平均得到2.5′×2.5′的平均重力异常.1.2.1 2.5′格网均衡异常(ΔgIS)的内插计算采用一次多项式移动拟合法,求得2.5′格网均衡异常.移动拟合法是一种局部函数拟合法,永远以待定点为中心,用它周围15′~20′的已知数据定义一个函数,应用时首先将坐标原点移动到待定点,平移后数据点i的坐标为:Xi=xi-xp,Yi=yi-yp,移动拟合法的内插模型为Δg=a+bXi+cYi.根据待定点周围的已知点,组成误差方程式,按最小二乘法求解待定系数.对待定点p, Xi=0, Yi=0,故待定点的拟合值(均衡异常)为Δgp=a.若2.5′格网内特点周围四个象限都有数据点,满足多项式条件,则按上述方法计算,否则外扩2.5′(第一次外扩范围后为7.5′×7.5′区域)寻找数据点,直至满足条件.在计算时,首先完成30″×30″格网均衡重力异常的内插,要采用简单取平均的方法获得2.5′×2.5′格网均衡重力异常.1.2.2 计算2.5′格网平均空间异常[3] 利用30″×30″DEM,计算30″×30″格网结点的层间改正(δgBP)I,用谱方法计算30″×30″格网结点局部地形改正(δgTC)i和均衡改正(δgTC)i;再用简单取平均的方法计算2.5′×2.5′格网结点的层间改正、局部地形改正、均衡改正;最后由2.5′格网均衡异常,采用恢复法获得2.5′格网平均空间异常Δg=ΔgIS-δgh-δgTC-δgIS.(4)式中:δgh,δgTC,δgIS为2.5′格网平均层间改正、局部地形改正及均衡改正.1.3 重力(似)大地水准面的计算公式采用移去-恢复方法,完成大地水准面的计算.移去位模型重力异常形成格网残差重力异常,计算格网残差重力大地水准面高与残差高程异常,由位模型重力大地水准面高和高程异常,加相应残差值,恢复所要求解的重力大地水准面高和高程异常. 1.3.1 大地水准面的计算公式球面上任意一点P的扰动位T可以表达为(5)式中:α是的方位角.根据Bruns公式,大地水准面高可写为N(P)=(6)要确定大地水准面高,必须已知布满全球的重力异常.在实际中,只能得到某一局部范围内的地面重力数据.因此,确定局部大地水准面通常采用低通滤波原理,利用地球模型结合局部重力数据计算上式,为此将大地水准面高分成两个部分,(7)式中:Δgres为剩余空间异常(实际值与按重力场模型计算的模型值的差值),NM 为按模型计算的大地水准面.NM=(8)其中:γ,θ,λ分别为地心距离、余纬和经度;GM是引力常数与地球质量的乘积;a是参考椭球长半轴;和为完全规格化位系数;为完全规格化缔合Legendre函数.Nmax为地球重力场模型展开的最高阶数.1.3.2 似大地水准面的计算公式[4]ζ=(9)式中:δh2(以km2为单位)可由下式计算,δh2=0.453-0.018sin(φ)+0.087cos(φ)cos(λ)+0.204cos(φ)sin(λ);γN=γ0-0.308 6 h.γ0为椭球面上的正常重力值,h为计算点高程.而Nres一维谱表达式可写为cos(φi)]F1[S(φ,φi,λ)dφi]}.(10)同样,剩余高程异常ζres也可采用一维谱方法计算,此时上式中剩余空间异常应为法耶异常.1.4 最终大地水准面的确定1.4.1 由GPS水准计算大地水准面计算公式N=h-H.(11)式中:h为GPS大地高,可由GPS定位给出;H为正常高,由水准测量获得.1.4.2 重力大地水准面和GPS水准的拟合由于重力(似)大地水准面使用的平均椭球(GRS-80)同GPS水准使用椭球(WGS-84)不一致,加上重力基准等因素的影响,使得GPS水准与重力大地水准面在同一点上存在一定的差异.对此可以根据算得的重力大地水准面的变化趋势,结合测区的地势,设计并布测GPS水准点,并以这些点作控制完成系统改正.可以采用多项式拟合法完成系统改正计算,并获得最终的大地水准面结果及有关的精度信息,最终提供2.5′×2.5′用于计算测区正常高的大地水准面成果.GPS水准测定的(似)大地水准面通常认为起控制作用.这是因为它联系于国家高精度定位基准,且所含随机误差水平较低.①系统改正参数的计算.这里仅给平面(一次多项式)拟合公式ΔNi=a0+a1ΔBi+a2ΔLi.(12)其中ΔNi为i号GPS/水准点的GPS/水准结果与重力大地水准面差异;ΔBi、ΔLi为i号GPS水准点的重心坐标.对上式采用3个以上的GPS/水准点组成误差方程、法方程,便可计算出改正系数a0、a1、a2.②对重力大地水准面的系统改正计算.采用公式ΔNij=NGij+a0+a1ΔBij+a2ΔLij.(13)其中:NGij为系统改正前的重力大地水准面结果;ΔBij、ΔLij分别为格网点(i,j)的重心坐标;Nij为经过系统改正后的最终大地水准面结果.1.4.3 GPS网点似大地水准面及正常高的确定利用经过系统改正后的2.5′×2.5′格网似大地水准面和GPS点WGS84椭球的大地坐标(B,L,H)成果,采用Shepard内插法完成GPS网点似大地水准面计算和正常高的确定.Shepard内插法是以计算点为中心,取拟合半径R以内已知函数值的权中数,数据点上的权按距离计算点的不同范围采用不同的权函数确定,使靠近中心点的权增大,远离中心的权迅速减少.在Shepard局部内插模型中,点R=0.25°,并规定(14)内插的函数模型(15)式中:ri=[(x-xi)2+(y-yi)2]1/2.GPS网点正常高(hj)的计算如下hj=Hj-ζj.(16)式中:Hj为GPS点WGS84椭球的大地高.2 某区域(似)大地水准面精化的计算结果与精度2.1 内部检验为衡量计算成果的最终精度,在系统纠正过程中,由项目范围内的69个GPS/水准点(16个GPS B网点)成果与最终确定的大地水准面的残差值和按4个分区内GPS/水准点成果与最终确定的大地水准面的残差值作检验,部分结果见表1.鉴于测区中北部及周边地区重力资料分布不尽合理,个别地区重力资料稀少,加上施测的GPS网通过整体平差后大地高精度平均近4 cm,并且只在A、B两区布设了GPS/水准点网,因此,在A、B两区,最终大地水准面的精度优于±10 cm,获得了非常好的计算效果.在GPS/水准点分布稀少且不合理的C、D两区,最终大地水准面的精度也优于±16 cm,最终大地水准面的精度完全达到项目设计要求. 表1 内部检验成果Table 1 Interior examination achievementcmWDM94EGM96WDM94EGM96A区C区D区C区D区最大值31.925.214.831.922.023.425.2中误差±8.7±9.8±6.4±11.9±13.4±12.0±15.9 2.2 外部检验为了检验本成果的实际精度,在1∶1万地形图测绘范围内(B区),均匀地选择了16个国家等级水准点进行外部检验,对参考模型为WDM94、EGM96的最终似大地水准和未经GPS水准拟合的重力大地水准而言,检验数据见表2.目前,该区域的(似)大地水准面成果已经应用于地形图的测绘工作和工程测量的规划设计和放样工作当中,质量检核结果符合要求.表2 外部检验成果Table 2 Exterior examination achievement cmWDM94模型EGM96模型未经GPS水准拟合最大差值16.727.145.3平均差值6.77.926.5中误差±8.3±10.8±27.43 结束语(1)加了GPS水准纠正以后所得的最终的(似)大地水准面结果,虽然精度较高,但以此为控制拟合处理得到的“校正曲面”并非“地球大地水准面”(即满足W=W0=U0,Milbert,1995),而是联系于国家高程基准的(似)大地水准面,它适合于用GPS测定正常高的实用目的.(2)通过对某省北测区的1∶1万地形图测绘应用表明,用重力法与GPS水准得到的似大地水准面不仅在精度上能够满足生产需要,而且提高了生产效益,缩短了成图周期,节约了生产经费.(3)大地水准面的计算是一个很复杂的过程,涉及重力和地形数据、模型的选取、大地水准面理论和计算方法、GPS水准等诸多因素.对前几项,目前国内外学者都有成熟的理论和算法,而足够精度和密度的重力数据和GPS水准成果,高分辨率的数字化高程模型是提高大地水准面精度的关键,为保证获取厘米级甚至更高的大地水准面精度,建议DEM的分辨率、重力点的密度、GPS网点的测定精度与GPS 水准点测定高程值的等级都应有相应程度的提高和匹配.参考文献:【相关文献】[1]郭春喜,王惠民,王斌.全国高分辨率格网地形和均衡改正的确定[J].测绘学报, 2002,31(3):201-205.[2]陈俊勇,李健成,宁建生,等.我国大陆高精度高分辨率大地水准面的研究和实施[J].测绘学报,2001,30(2):95-99.[3]陈士银.中国陆地似大地水准面计算模型介绍[J].测绘技术装备,2002(1):41-45.[4]陈俊勇,李建成,宁津生,等.全国及部分省市地区高精度高分辨率似大地水准面的研究和实施[J].测绘通报,2005(5):1-5.。
精化似大地水准面在GPS控制测量中的应用
精化似大地水准面在GPS 控制测量中的应用【摘要】本文结合某大型水利工程D 级GPS 控制网,利用似大地水准面精化成果进行GPS 高程转换,并与水准高程进行比较分析,实现GPS 技术在几何和物理意义上的三维定位功能。
解决困难测区控制点高程,提高工作效率,总结一些经验供大家参考与探讨。
【关键词】精化似大地水准面;GPS;网布设情况成果分析近几年以来,GPS卫星定位技术已在许多领域得到了广泛的应用,目前使用GPS 进行测量,得到WGS-84 系统下的三维坐标,将观测数据通过处理可以很容易得到观测点的国家或地方三维坐标,平面精度一般都能达到精度要求,但是得到的高程成果不一定满足工程建设要求,特别在山区误差更大。
GPS得到的是大地高程(椭球高),实际应用中所采用的高程为海拔高程(正常高),两者之间存在高程异常值的差异,本文结合工作实际,利用精化似大地水准面成果进行高程改正,将能很好的解决高程测量的难题,使其高程达到设计要求的IV 等水准精度。
1GPS 网布设的基本情况1.1资料使用情况由测绘局档案馆收集B 级控制点三个,点位保存完好,可以使用。
1.2GPS网布设情况按照测绘设计要求,本项目从西拉木伦河木叶山水库至红山水库,布设带状D级GPS控制网,高程要求为四等水准。
为取得提高工作效率与质量可靠的双重成果,掌握好测区概况,摸清测区交通条件有利于GPS网的布设。
先把起算点概略地标在1: 1万地形图上,按照测量规范进行内业布设网点,充分利用地形图上各个要素,使GPS网符合设计和规范要求。
由于GPS控制点大多埋设在沙漠里,估算出水准线路的长度约为200 公里,用传统方法水准测量需要近1 个月的时间。
这大大地影响工作进度和消耗大量人力财力。
1.3GPS控制网的数据采集作业基本要求:卫星截止高度角》15°,同时观测有效卫星数A 4,有效观测卫星总数A 4,观测时段数》1.6 (即60%的测站应再观测一个时段),时段长度A45min,数据采样间隔10s,时段中任一卫星有效观测时间A 15min。
金华市似大地水准面精化技术与应用
陈 少 飞
( 浙江省第一测绘院 浙江杭 州 3 1 0 0 1 2 )
摘要: 在现代化 测绘基 准体 系中, 高程 系统的维持 已由过去传统 水准测量过 渡到依 靠似 大地 水准 面精化 阶段 。 似大地水 准面精化是在 空间定位 坐 标 基 准框 架 的基础上 , 建 立集平 面、 高程 、 重力场信 息 于一体 的基础控 制 网, 利 用G P S / 水准 、 重力等 资料, 融合 处 理可获得 厘 米级的似 大地 水准 面, 达 到 实现 通过G P S  ̄ ' I ' 量 来代替 水准测 量的 目的 。 关键词 : G N s s 网 似 大地水 准面精化 高程 异常 拟合
e l a b or a i t o n. Li ke g e o i d r e i f ne i s o n t he b a s i s of s pa t i l a o r i e n t a t i o n c o o r d i n a t e r e f e r e n c e f r a me , e s t a b l i s hi n g i me g r a in t g p l a ne , e l e v a t i o n ,g r a v i t y i f dd i n f o r ma t i o n, t h e b a s i s o f c o n t r ol n e t wo r k , u s i ng he t d a t a o fGPS / l e v e i l ng a n d g r a v i y, t f us i o n p r o c e s s i ng c a n o b t a i n c m ma g ni t ud e o f g e oi d , a c h i e v e t he r e a l i z a io t n o f t h e a i m
区域似大地水准面精化成果检验方法探讨简
区域似大地水准面精化成果检验方法探讨概述区域似大地水准面精化成果是地理测量领域的重要研究方向之一,它涉及到了大地水准面的精度评定和精化方法的研究。
本文将对区域似大地水准面精化成果的检验方法进行探讨,包括基本原理、常用方法和实际应用。
基本原理区域似大地水准面精化成果的检验是通过比较测量值和真实水准面之间的差异来评估成果的准确性和精度。
根据大地测量的基本原理,大地水准面是一个复杂的曲面,由地球引力场和地球形状共同决定。
而测量值则基于一定的测量理论和技术手段获得,因此在成果检验中需要将这两者进行对比和校验。
常用方法1. 绝对水准测量法绝对水准测量法是一种最直接的成果检验方法,它通过在研究区域内进行绝对水准测量,获得真实水准面的近似形状和高程数据,然后将这些数据与区域似大地水准面精化成果进行比较,从而评估成果的准确性和误差水平。
2. 相对水准测量法相对水准测量法是另一种常用的成果检验方法,它通过在研究区域内进行相对水准测量,得到一系列高差观测值,然后利用这些观测值构建起相对水准网,再将该网的高程数据与区域似大地水准面精化成果进行比较,判断其一致性和准确性。
3. 差值法差值法是一种间接的成果检验方法,它通过计算区域似大地水准面精化成果与真实水准面之间的高程差值,然后进行统计分析和假设检验,检验结果可以用来评估成果的准确性、精度和可靠性。
4. 统计分析法统计分析法是一种基于数理统计原理的成果检验方法,它通过对区域似大地水准面精化成果与真实水准面之间的差异进行统计分析,包括均值、方差、偏度、峰度等指标的计算,以及正态性和独立性的检验,从而得到成果的统计特征和误差估计。
实际应用区域似大地水准面精化成果检验方法的实际应用非常广泛。
它可以用于评估地表变形和地质灾害的监测结果,判断其可靠性和准确性;用于地理信息系统中的高程数据质量控制和验证;用于国土测绘和工程测量领域的准确性评估等。
同时,随着测量技术和数据处理方法的不断进步,新的成果检验方法也在不断涌现,为区域似大地水准面精化成果的检验提供了更多的选择和可能性。
似大地水准面精化在山区大比例尺地形测图中的应用
似大地水准面精化在山区大比例尺地形测图中的应用罗强【摘要】似大地水准面精化是现代测绘基准体系中的重要组成部分,它的推广和应用改变了传统的高程测量模式,为测绘工作带来极大方便,提高了工作效率.本文以重庆市山区的一个大比例尺地形图测量项目为例,通过应用似大地水准面精化成果校核原有已知高程点,精度满足要求,充分应用似大地水准面精化成果替代搭接水准点的传统高程测量模式,为似大地水准面精化成果的应用积累了宝贵的经验.【期刊名称】《城市勘测》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】3页(P121-122,125)【关键词】似大地水准面精化;GPS/RTK测量;双线性插值法【作者】罗强【作者单位】重庆市勘测院,重庆400020【正文语种】中文【中图分类】P224随着我国测绘基准现代化的建设,各地先后开展精化区域似大地水准面并将其成果逐步推广应用于实际生产中。
似大地水准面精化是以GPS水准确定的高精度但分辨率较低的几何大地水准面作为控制,将重力学方法确定的高分辨率但精度较低的重力大地水准面与其拟合,实现对局部大地水准面的精化。
目前,重庆市区域似大地水准面精度较好,都市区以内约±1.6 cm,都市区以外区域约±1.9 cm,由于重庆市都市区以外区域为山地地形,局部精度应低于±1.9 cm。
我们可以用静态GPS或网络RTK定位平面位置,用似大地水准面精化成果代替等级水准测量,改变原有测水准或搭接四等三角高程的传统高程测量模式。
节省了大量的人力、物力和财力,取得了较好的经济效益和社会效益。
为了更好地对重庆市四面山国家重点风景名胜区进行规划管理和统筹建设,拟对风景区内几个重点区域进行1∶500大比例尺现状地形图测量,面积约18 km2,已有1∶500地形图约5 km2(1980西安坐标系,1985国家高程基准)。
四面山因山脉四面围绕而得名,地处重庆市的最南端,与贵州省接壤。
测区以原始森林为基调,绿树成荫。
似大地水准面精化成果在地质工程测量中的应用
似大地水准面精化成果在地质工程测量中的应用地质工程测量高程测量在满足其高程精度要求的基础上常常通过水准测量或高程拟合的方式完成。
但在一些特殊情况下,可通过GPS测量,利用區域似大地水准面精化成果求取其高程成果这种方式就变得尤为可取。
这样,可在保证其高程精度的情况下,大大减少测量工作量,降低测量成本,产生巨大的经济效益。
标签:似大地水准面精化1 概述似大地水准面(quasi-geoid)是指从地面点沿正常重力线按正常高相反方向量取到正常高端点所构成的曲面。
区域似大地水准面精化是综合利用GPS水准资料、重力资料、地形资料、重力场模型等资料,通过相应的算法确立的似大地水准面,用以实现通过GPS测量来代替低等级水准测量的目的。
地质工程测量高程测量在满足其高程精度要求的基础上常常通过水准测量或高程拟合的方式完成。
对于测区周边国家已知水准点稀少,不能完全覆盖整个测区,高程拟合无法保证其测量的高程精度,水准测量周期长、成本大,加之部分地区气候环境恶劣(常年大风),不能保证水准测量顺利进行,相对而言,在能满足其高程测量精度要求的基础上,通过GPS测量,利用区域似大地水准面精化成果求取其高程成果这种方式就变得尤为可取。
本篇主要根据我新疆地矿测绘院2012年承担的新疆哈密地区三塘湖煤田矿区外围柳树泉东、西区煤炭资源预查二维地震勘查测量项目为例,重点介绍似大地水准面精化成果在地质工程测量中的应用。
2 似大地水准面精化成果在地质工程测量中的应用新疆哈密地区三塘湖煤田矿区外围柳树泉东、西区煤炭资源预查二维地震勘查测量项目根据甲方要求及测区实际情况编制项目设计书,并按设计进行施工。
测区面积约2500平方公里,位于准噶尔盆地东部边缘,属典型的大陆性沙漠干旱性气候,昼夜温差大,气候干燥。
七、八、九月气候干燥炎热,且常年大风。
且只有一条水准路线自西向东从测区中部穿过,不能覆盖整个测区。
考虑到上述因素,在确定能满足高程测量精度要求(设计要求各控制点的高程中误差不大于0.2m)的基础上,按要求进行GPS外业观测,平差计算求得各控制点的2000国家大地坐标系(CGCS2000)成果,然后利用新疆维吾尔自治区似大地水准面精化成果(新疆似大地水准面精化成果:分辨率为2.5′×2.5′,高程异常值中误差为±0.112M),求得各控制点1985国家高程基准高程。
广西似大地水准面精化在高程测量中的应用
0 引言在传统的高程测量里,主要的作业方法是水准测量和三角高程测量。
水准测量难免遇到作业效率低、生产周期长,不能全天候作业等问题。
三角高程测量受到距离和高差的影响较大。
同时,传统的水准测量,需要大量的水准标石来维持其基准的稳定性,当水准标石遭到破坏,没有了水准起算点或者起算点离测区很远,传统的水准测量就难以为继。
随着测绘技术的发展,通过GPS 测量技术与似大地水准面技术,将会解决上述提到的问题。
其基本原理如图1所示。
图1 大地高与正常高关系图在图1中,利用GPS 方法获取的高程为大地高,其基准面是参考椭球面,利用水准测量方法获得的高程为正常高,其基准面为似大地水准面(即假想延伸到陆地上的海平面)。
大地高与正常高之间有一种几何关系,两者之间有一个差距,这个差距称为高程异常,每一点的高程异常组成了似大地水准面。
通过GPS 技术测定某一点的经纬度和大地高,由该区域的似大地水准面模型求解该点的高程异常,即可求得该点的正常高。
1 广西似大地水准面模型的建立及精度广西似大地水准面模型由广西壮族自治区测绘地理信息局与武汉大学测绘学院合作完成,使用了101130个点重力数据和96个GNSS 水准资料,EIGEN6C4地球重力场模型作为参考重力场,采用了航天飞机雷达地形测绘任务(SRTM)的空间飞行任务数据库DTM 资料,由第二类Helmert 凝集法完成了大地水准面的计算。
分辨率2.5′×2.5′,1985国家高程基准下,检测外符合精度为±0.033m,局部区域精度优于±0.030m,该成果达到国际先进水平。
2 广西似大地水准面模型在高程测量中的应用2.1 在高程测量中的直接应用2.1.1 直接应用步骤(1)GPS 控制网布设,按照国家相关要求,联测高等级起算点进行观测;(2)在WGS84坐标系下进行三维无约束、三维约束平差,求得控制点的经度、纬度和大地高(B、L、H);(3)利用广西似大地水准面模型,将控制点的大地高H 转换成85正常高。
浅谈似大地水准面精化的方法
浅谈似大地水准面精化的方法摘要:大地水准面或似大地水准面是获取地理空间信息的高程基准面,在高精度、高分辨率(似)大地水准面模型的支持下,利用GPS技术可以直接测定正高或正常高,从而取代传统复杂的水准测量方法,使得平面控制网和高程控制网分离的传统大地测量模式成为历史。
因此,精化大地水准面是一个国家或地区建立现代高程基准的主要任务之一。
关键词:似大地水准面;精化Abstract: the geoid or like the geoid is geographic space information for the elevation datum, in high precision, high resolution (like) the geoid model, with the support of using GPS technology can be determined directly ZhengGao or normal high, can replace the traditional complex level measurement method, and makes the plane control nets and elevation control network of traditional land measurement separation mode become history. Therefore, refining geoid face is a country or region to establish a modern elevation is one of the main tasks of the benchmark.Keywords: like the geoid; Refine the1、大地水准面的概念大地水准面是指与全球平均海平面(或静止海水面)相重合的水准面。
区域似大地水准面精化成果检验方法分析
区域似大地水准面精化成果检验方法分析摘要:似大地水准面精化是现代测绘基准体系的重要组成部分,它的推广应用可改变传统高程测量模式。
本文介绍了我国目前域似大地水准面精化成果,对似大地水准面精化的意义与检测方法作了阐述,用实际例子的测量结果作检验分析,为区域似大地水准面精化检验工作提供参考。
关键词:似大地水准面;精化成果;检验方法1全国精化似大地水准面成果情况区域似大地水准面的原理和方法主要是利用重力、地形数据以及高阶次的重力场模型,按照莫洛金斯基理论及移去—恢复技术计算出该区域重力似大地水准面。
同时利用GPS 点上观测的水准高程,组成 GPS 水准网,实质就是高程异常网,计算出 GPS 水准似大地水准面。
然后通过最小二乘法将两个似大地水准面拟合成一个曲面,得到最终的似大地水准面模型。
其一般计算流程如图1所示。
图1大地水准面计算流程图在现今GPS定位时代,精化区域性大地水准面和建立新一代传统的国家或区域性高程控制网同等重要,也是一个国家或地区建立现代高程基准的主要任务,以此满足国家经济建设和测绘科学技术发展以及相关地学研究的需要。
自20世纪50年代开始,我国先后建立了一系列的全国性似大地水准面模型。
CQG60是1954年北京坐标系下的第一代似大地水准面模型,其分辨率为200-500km,精度为±3~±10m,后将其转换到1980西安坐标系成为CQG80。
2000年在重力似大地水准面CNGG2000的基础上,以GPS水准拟合解得到新一代似大地水准面模型CQG2000,分辨率为5'x5',通过与全国GPS水准点比较精度为±0.44m。
据不完全统计,目前建立了高分辨率高精度似大地水准面的省、市及工程有:海南、江苏、河北、青海、广东、广西、山西、香港特别行政区,无锡、青岛、常州、长治、朔州、大同、晋中、哈尔滨松北、东莞、广州、沈阳、莆田、深圳、大连、银川,“南水北调”西线工程等。
测绘技术中的精确大地测量方法与实践技巧
测绘技术中的精确大地测量方法与实践技巧引言测绘技术在现代社会中起到了至关重要的作用。
精确的大地测量是测绘技术中的关键环节,它为地理信息系统、导航系统以及基础设施建设等方面提供了准确的空间数据支持。
本文将探讨测绘技术中的精确大地测量方法与实践技巧。
一、测绘技术的发展历程测绘技术作为人类认识地球和利用地球的重要手段,经历了漫长的发展历程。
从古代的简单测量工具到现代高精度的卫星测量技术,测绘技术的精确程度和应用范围不断提高。
现代测绘技术的精确大地测量方法已逐渐成熟,并被广泛应用于不同领域。
二、精确大地测量的基本理论精确大地测量是以地球为基准,在地球表面上测得各点坐标、高程、形状等重要参数的一种技术。
它依赖于精确的测量仪器和先进的测量方法,同时还需考虑地球自身的形状和引力场等因素。
精确大地测量的基本理论包括大地基准、大地椭球模型、三角测量等内容,这些理论为精确大地测量的实践提供了坚实的基础。
三、精确大地测量的仪器和技术1. 全站仪全站仪是现代精确大地测量中常用的测量仪器之一。
它集合了测量仪、天文仪器和传感器等多种功能,能够自动录入观测数据,并能够通过计算机进行数据处理和分析。
全站仪具有高度精确、高速度和高效率等优点,广泛应用于大地测量中。
2. 全球定位系统(GPS)GPS是一种通过卫星定位测量地球上任意一点经纬度、海拔高程的技术。
它利用导航卫星发射的信号来计算接收设备的位置,从而实现精确测量。
GPS在测绘技术中的应用,极大地提高了大地测量的精确程度和效率。
3. 激光扫描仪激光扫描仪是一种能够快速获取物体表面几何特征的测量设备。
它通过向物体表面发射激光束,并感知反射回来的光信号来获取物体的尺寸和形状等信息。
激光扫描仪在测绘技术中的应用范围广泛,例如用于建筑物、桥梁和地形等的三维建模。
四、精确大地测量的实践技巧1. 优化观测策略在进行精确大地测量时,观测策略的优化对于提高测量结果的准确性至关重要。
合理选择观测时间、测量点的位置和观测间隔等因素,能够降低误差的积累,提高测量结果的精确度。
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区域似大地水准面精化方法在测量中的技术路线及应用
摘要:区域似大地水准面精化方法能为测量工作提供技术支撑,具有科技、经济和社会应用价值。
在实际的测量工作中,利用GPS测量代替一部分的水准测量,使区域似大地水准面的精度及其分辨率提高,推进数字化区域建设进程。
本文就区域似大地水准面精化方法的原理和技术要点进行分析,阐述此方法在测量工作中的应用和实施。
关键词:区域似大地水准面精化方法;测量工作;GPS测量
一、区域似大地水准面精化方法技术原理
大地水准面是假设地球表面由完全静止的海水所包围的曲面。
正高是沿重力方向地面上任意一点到大地水准面的距离,在位差理论中,正高的算法是用沿水准路线的位差比重力平均值。
由于重力平均值无法准确得出,所以较难求解出正高值。
为了解决这个问题,用地面点的正常重力值替换重力平均值,而对于水准路线上的重力使用实测重力值。
高程起算面由于重力值的改变发生变化,此时的测量的大地水准面应为似大地水准面,是经过理论处理的大地水准面。
海洋上的似大地水准面与大地水准面相一致,但根据原理,陆地上的似大地水准面就有所不同。
沿重力方向,地面点与似大地水准面之间的距离为正常高,所以似大地水准面作为正常高的起算面,而这样的高程系统为正常高系统。
正常高系统是我国的法定高程系统。
定义一个参考椭球面作为大地高的起算面,当参考椭球面的设定不同时,所计算出的大地高也不同。
大地水准面差距(N)是参考椭球面到大地水准面的距离,而参考椭球面到似大地水准面的距离为高程异常(ξ)。
所以地面点的大地高(H)等于其正高加上大地水准面差距,或者等于正常高加上高程异常。
已知任意地面点的大地高和高程异常,就可以求出其正常高。
精化似大地水准面的基础就建立在采用GPS定位,测出大地高,精确确定区域内的高程异常,就能转准确得出区域的正常高。
二、区域似大地水准面精化方法在测量中的技术路线
常用来区域似大地水准面精化的方法,就是根据莫洛坚斯基理论,结合重力测量资料、地形数据,利用高阶次的重力场模型以及移去恢复技术,将区域重力似大地水准面计算出来。
于此同时,在GPS点上观测水准高程,利用其构成GPS 水准网,推导出GPS水准似大地水准面。
通过最小二乘法,最后将区域重力似大地水准面和GPS水准似大地水准面拟合成一个曲面。
GPS/水准点的高精度能够纠正高分辨率重力似大地水准面,将重力似大地水准面的高分辨率和GPS似大地水准面的高精度相结合,并且优势互补,这是区域似大地水准面精化的主要特点。
1、建立GPS控制网
按照逐级布网、统一规划、整体设计的原则,对国家测绘基准进行建设,同步建设地方的测绘GPS基础控制网。
建设国家测绘基准时,按照测绘基准明确规定的现代化要求,在规划区域中布置GPS网点,网点等级为A、B级,并对指定区域内的二等水准路线进行全面复测。
均匀布设GPS网A、B级点,并且主要于国家一二等级水准路线结点上布测。
加密重力测量新设置的二等水准点和A、B级点。
地方的测绘GPS控制网的建设需要布设GPS C级网点,以及复测二三等水准路线。
GPS基础控制网的原则就是整体规划、逐级布网。
测量区域内,要补埋国家二等水准路线的水准标石,并且复测。
为了方便在地面沉降严重的区域,对其二等水准路线进行起算和连接,所以要复测若干一等水准路线。
而三等水准路线的布设,要满足地方的测绘GPS基础控制网建设,还要满足GPS C级点联测高程时的需要。
2、GPS数据、水准数据以及地形数据处理
常采用美国麻省理工的数据处理软件GAMIT /GLOBK,处理GPS网的数据。
在测绘华东、华中地区时,依靠其建立的基础控制网,在测区周围收集了12个GPS连续运行站的数据,并进行数据处理。
GPS A、B级网点的坐标确定以逐级控制的方法,用GPS连续运行站的数据实行3维约束平差。
GPS C级网点坐标求法是以测区周围GPS连续运行站和A,B级网点为基础,同样进行3维约束平差。
在对浙闽赣三省测绘师,其平差数据的来源类似。
依据中国地壳运动观测网络工程,固定25个GPS基准站点,三维约束平差后得A级网点坐标。
再用25个基准站点以及A级网点数据,三维约束平差后得到C级网点坐标。
处理水准数据时,用间接平差法计算水准网平差。
进行平差时,将观测的高差作为参数,而待定结点高程作为未知数。
对于地形数据,获取测区及其周围的高精度DEM 数据(华东、华中地区DEM数据精度为1 :50 000),并收集雷达测绘任务的地形数据,得到数字地形模型数据,以此减少数字地形模型的误差。
避免影响重力场精细结构,保证区域似大地水准面的计算。
3、区域似大地水准面精化
除了重力基准影响因素,由于使用的平均椭球不同,即重力似大地水准面(由规则格网内插)与GPS/水准所用的平均椭球不同,直接造成了GPS/水准与重力似大地水准面间存在差值。
所以用GPS/水准对重力似大地水准面进行纠正,即根据GPS/水准点成果,把区域重力似大地水准面与实测似大地水准面进行拟合适配。
在华东、华中的区域似大地水准面精化方法应用中,综合考虑大地水准面的地形地貌和GPS/水准点的布设,将测区似大地水准面分配成116个分区。
计算出GPS/水准点的实测似大地水准面与重力似大地水准面差值,用三次多项式,将区域重力似大地水准面拟合适配于实测似大地水准面。
在确定各分区拟合多项式系数时,为使GPS/水准成果在各个分区与其周围有一定程度的重叠,将GPS/水准成果范围均向周围扩展0.250,可保障似大地水准面的连续性较好。
采用合理的算法减小分区线两侧拟合函数的影响,保证各分区平滑度,将因分区拟合所造成的不良后果最小化。
4、设置外部检验点
对似大地水准面精化实际精度进行评价时,为达到客观务实的要求,在测区均匀设置外部检验点。
要综合平衡山地、丘陵以及山区的不同地形类别,检核点的选择要尽量控制与GPS/水准点的距离。
在华北、华中地区的似大地水准面精化的外部检测中,布设了182个外部检验点。
在浙闽赣区域的实例中,设置外部检验点包括20个山地点,18个丘陵点和18个平地点。
观测外部检验点及其数据处理的技术路线要与GPS/水准点所采取的相同。
三、区域似大地水准面精化方法应用发展
新一代的似大地水准面精化CQG2000分辨率为10kmX10km,是由重力数据420055个和涵盖671个国家的A、B级GPS水准资料得到的三、区域似大地水准面精化方法,其总体精度为分米级。
在区域似大地水准面精化方面,我国众多省市都已经算出高精度的似大地水准面,并在实际工程项目中广泛应用。
结束语:
在数字化的建设进程中,区域似大地水准面精化方法发挥的作用巨大,并且能够带来巨大的经济和社会效益。
不断将区域似大地水准面的精度提高,并实现高分辨率,为推进数字化区域建设做出贡献。
加快区域似大地水准面精化发展的步伐,通过不断地技术创新,为测绘工作趋于完善,提高工作的效率和完成质量。
参考文献:
[1] 张全德,郭春喜,王斌. 浙闽赣区域似大地水准面精化. 测绘科学2007,1.
[2] 张全德. 精化区域似大地水准面技术方法与设计. 测绘工程2007,8.。