GPS控制网高程拟合

GPS控制网高程拟合

【摘要】通过对沁河防汛工程D级GPS网的高程拟合精度分析，探讨GPS高程拟合成果的精度与起算点分布、起算成果精度、高程拟合数学模型、GPS数据处理软件的关系。

GPS network of Qinhe flood control projects D elevation fitting accuracy, explore the accuracy of the GPS elevation fitting the results with the starting point of distribution, the date the results of precision, the elevation fitting a mathematical model, the relationship of the GPS data processing software.

【关键词】GPS 高程异常值中误差曲面拟合EGM96大地水准面模型

前言

全球定位系统（Global Positioning System-GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、高效率等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等测绘学科，给测绘领域带来一场深刻的技术革命。目前，大多数的城市首级控制网均采用GPS测量，而其中的高程控制主要采用传统的几何水准测量方法建立高精度的水准网。GPS高程测量却常常被忽视，认为其精度不太可靠。因此，为探讨GPS测量高程拟合成果的精度与起算点分布、起算成果精度、高程拟合数学模型、GPS数据处理软件的关系，我局结合沁河防汛工程D级测量GPS高程拟合的工作，对GPS拟合高程的精度进行了探讨，对于平坦地区以供测量GPS用户参考。

1 GPS网高程拟合的技术要求

1.1 GPS高程拟合成果外部检核

1.1.1 首先对D级GPS网中的所有点联测四等水准或三角高程，选用其中部分点作为GPS高程拟合的

起算点，其它没有参与GPS高程拟合计算的D级GPS点作为外部检核点，对GPS高程拟合结果进行外部检核，并与水准成果进行比较。

1.1.2 根据D级GPS网高程拟合函数内插得到检核点的高程异常值ζ，通过公式：

h=H-ζ

求得检核点正常高h插，然后按照第1.2款进行GPS高程拟合精度等级评定。

1.2 GPS高程拟合精度等级评定

假定四等水准测量值h水是真值，通过第1款外部检核方案，对所得到的GPS高程拟合结果进行精度评定。

1.2.1 比较外部检核点正常高较差值Vh

A、各检核点GPS高程内插值h插与其二等水准联测值h水间正常高较差值Vh，Vh的最大值应满足以下关系：

Vh=h插-h水≤±2σ≤±40(mm)

B、检核点Vh的均方差值（中误差）m应满足以下关系：

m=≤σ≤±20（mm）

1.2.2 比较外部检核点间内插值高差与四等水准联测值高差间的较差DV h

相邻检核点GPS高程内插值两两比较得到高差DH插，与其四等水准高差DH水应满足以下关系：三等水准：DVh=Dh插-Dh水≤±12（mm）

四等水准：DVh=Dh插-Dh水≤±20（mm）

k为检核点间基线长度，单位km。

1.2.3 比较每公里水准测量全中误差M w

各相邻检核点高差较差DVh可看作是符合水准路线的闭合差，按其可计算出每公里水准测量全中误差M w，具体计算公式如下：

M w=±

其中：N为高差个数；

F为比较高差的检核点间距离，Km；

每公里三等水准测量全中误差M w≤6mm；

每公里四等水准测量全中误差M w≤10mm。

2 GPS高程拟合的目的

进行多种高程起算点分布的拟合试验，比较不同起算点分布下的高程拟合成果精度，探讨GPS高程拟合成果的精度与起算点分布、起算成果精度、高程拟合数学模型、GPS数据处理软件的关系，并确定一套最优的GPS拟合高程可达到四等水准的数据处理方法。

3 GPS高程拟合的方法

分别采用《PowerADJ3.0》软件进行曲面拟合的方法拟合计算和采用《TG01.6》软件进行EGM96大地水准面模型高程拟合计算，并对结果进行对比分析。

4 GPS数据处理及高程拟合的试验结果分析

4.1 沁河防汛工程D级GPS网高程拟合构网图

4.2 GPS观测

观测采用静态同步模式，每个时段观测4小时以上，卫星高度角≥15度，历元间隔15秒，PDOP值小于6.0，观测卫星数4个以上，观测时段数≥2。

D级GPS网每个时段同步观测时间均在一个UTC时间内完成，没有跨UTC时间0h。

观测前严格按照有关规范要求对所使用的GPS接收机进行了检定，检定合格后方予使用。对GPS观测所使用到的有关设备，如基座、对中器、脚架、量高尺等亦进行了检查，均符合观测要求。

本项目观测同时采用4台双频GPS接收机为观测单元进行同步图形观测，每个同步图形观测2个时段，相邻同步图形间重叠点数为2点。

外业观测时，观测员都注意防止人员和其它物体碰动或阻挡接收机天线。架设天线时，天线安置对中误差不大于3mm，天线定向线指向磁北，定向误差不大于±5o。

每时段观测前后各量测一次天线高，读数精确至1mm。天线高量测时，量测互为120o天线的三个位置，当互差小于3mm后，取中数为本次的天线高；否则，重新架设、整平仪器，再量取天线高。观测前后量测的两次天线高之差均不大于3mm，取平均值作为最后天线高。手簿中详细记录天线高量取的位置及方式。

须重复设站观测的点不同时段均重新进行对中整平进行观测。

4.3 内业数据预处理

D级GPS网GPS外业观测数据预处理采用随机软件TGO进行GPS观测数据下载、RINEX格式转换、数据文件命名，按时段号对RINEX格式数据进行存储并填写GPS网外业记录登记表；检核GPS外业观测数据质量。经初步检查，本次GPS观测的数据符合要求。

4.4 基线向量解算

4.4.1 基线解算采用广播星历进行计算；

4.4.2 GPS观测值加入对流层延迟修正；