似大地水准面模型在高程测量中的应用

应用技术　Ｉ　似大地水准面模型在高程测量中的应用　易军民　（广东省地质建设工程勘察院广东广州５１００８０）　［摘要］在似大地水准面模型的支持下，利用ＧＰＳ技术可以直接测定正常高，从而取代传统的水准测量方法，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。本文简要介绍了确定大地水准面的基本原理和常用方法及其应用。　［关键词］似大地水准面精化模型建立应用球冠谐函数正常高海拔高高程异常　中图分类号：ＴＰ３９１．７２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１４）０２—０２２７一Ｏｌ　１引盲　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　大地水准面模型软件，将控制点的大地高Ｈ转换成１９８５国家高程基准正常高。　３．２实ｔ￣１１１流溪；可河谷Ｄ、Ｅ级ＧＰＳ控制网建设项目　３．２．１项目介绍　流溪河位于广州市的西北部，是由众多溪流汇集而成。干流全长１５６公里，　流域面积２３００平方公里，点位高差５０－６００米。共布设Ｄ级ＧＰＳ点７６座，Ｅ级ＧＰＳ　点１５０座，其中有７４座与国家三等水准点重合，其余控制点高程使用似大地水准　面精华模型求解。　３．２．２精度统计　使用似大地水准面模型获取控制点的正常高，与三等水准测量结果较差如　袭（表１）。　量难免遇到作业效率低、生产周期长，不能全天候作业，不能跨越江河、海洋作业　等问题，而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。　利用ＧＰＳ］５－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。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。大地高＝正常高＋高程异常，或正常高＝大地高一商　程异常。　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　某区域的似大地水准面模型建立一般有三个步骤，第一，通过精密的水准　测量与ＧＰＳＮＯ量，获取测区均匀分布的离散的ＧＰＳ水准点，通过大地高和正常　高求解这些离散点的高程异常。即离散点似大地水准面，第二，联合该区域的重　力、卫星、地形等数据，利用大地测量学方法，求得格网重力似大地水准面・第　三，通过球冠谐函数，将进行离散点似大地水准面与重力似大地水准面进行融　合，即可求得基于国家高程基准的似大地水准面精化模型。　２似大地水准面精化模型的建立及精度　建立步骤如下ｔ　（１）在整个范围布设Ａ级网点ｌ２个、Ｂ级网点１０６个，进行精密ＧＰＳ观测与数　据解算・　（２）对ＡＢ级ＧＰＳ点中的９６个进行了二等水准联测，同时新联测二等水准点　３３个，共完成约８５Ｏ公里的＝等水准路线测量Ｉ　（３）Ｎ用了境内及周边２８３７２个重力数据和美国３×３数值地面模型，获得２３０　×２３０格网均衡重力异常－　（４）由以上异常作为输入数据，ＥＩＧ０４Ｃ模型作为参考重力场模型，计算重力　似大地水准面ｌ　如上统计，经精化似大地水准面转换后统计，满足设计要求≤５ｃｍ的为６４　个，占总点数的８６％，小于两倍精化似大地水准面精度的为７２个，占总点数的　９７％，对７２个控制点进行较差中误差计算为３．５ｃｍ，与似大地水准面模型精度基　本一致　３．３似大地水准面模型在高程测量中的改进使用　实际生产中，直接应用似大地水准面模型求取的高程未能达到四等水准精　度（中误差￣２ｃｒｎ），但是利用似大地水准面精化模型求解每两点间的正常高高　差，与外业水准高差比较，满足四等水准精度。因此，提出了似大地水准面模型　在高程测量中改进使用方法：先在测区中选择一个基准点，利用水准的方法求　取该基准点的水准高程，然后利用似大地水准面精化模型求取测区每个控制点　与该基准点的正常高高差，最后通过基准点的水准高程和正常高高差求取每个　控制点的水准高程。　３．４实例２一从化市第二次土地调查（城镇部分）外业控制测量项目　从化市第二次土地调查（城镇部分顾目受从化市国土局委托，由我院承担　建设。ＧＰＳ观测四等点２４座、一级点１２９座；三等水准检测水准起算点３座，观　Ｎ８．４公里，三等水准网联测四等点３座，联测一级网１５鹰，观Ｎ１７．４公里（表２）。　１７个检测点，占总点数１１％，最大误差为０．０２６ｍ，最小误差为０ｍ，中误差　为０．０１３ｍ，小于Ｏ．０２ｍ的为１５个，占８８％，小于０．０４ｍ的为２个，占１１．８％。完全　满足四等水准的精度要求。　４小结　利用似大地水准面模型进行高程测量时，应注意以下几点：　（１）为了确保高程的精度，应当延长ＧＰＳＹ￣测时间，提高大地高的精度，　（５）利用９６个达到Ｂ级ＧＰＳ网精　表１　度和二等水准精度的控制点、周边　成果较差分布表　的４９个国家Ｂ级ＧＰＳ水准点，建立　较差　点数　所占百分比％　ＧＰＳ／水准似大地水准面Ｉ　±０～ｌｃｍ　１８　２４．３２　（６）采用球冠谐分析方法，将重　力似大地水准面和ＧＰＳ／水准似大　士ｌ～２ｃｍ　ｌｌ　ｌ４．８７　地水准面进行融合，计算出似大地　士２～３ｃｍ　１９　２５．６８　水准面精化模型　土３～４ｃｒｎ　ｌ０　Ｉ３．５１　３似大地水准面模型在高程测　土４～５ｃｍ　５　６．７６　量中的应用　±５～６ｃｍ　５　６．７６　３．１步骤如下　土６～７ｃｍ　３　４．０５　（１）ＧＰＳ控制网布设，联测高等　士７～８ｃｍ　ｌ　１．３５　级起算点进行观测；　±８～９ｃｍ　０　０．００　（２）在ＷＧＳ８４坐标系下进行三　±９～１０ｃｍ　１　１．３５　维无约束，三维约束平差，求得控制　＞１Ｏ　ｌ　１．３５　（２）联测起算点时，应尽量选择大地高精度较高的点・　（３）一定要进行ＷＧＳ８４坐标系下的约束平差，　（４）选择基准点时应根据测区的大小选择一至若干个，　（５）选择检核点或者进行水准高差观测时应均匀分布于测区，　（６）基准点和检核点可以互换，尽量选择最优方案。　若似大地水准面精化模型的精度能满足生产的要求，则直接利用似大地水　准面精化模型求得的高程成果。　通过多个生产实例的验证，利用好似大地水准面模型既能保证精度，又能　极大提高生产效率，减少作业时间，降低作业成本，同时可以实现跨越江河、海　洋和山区作业，为单位带来更好地经济效益。　参考文献　［１］宁津生、罗志才、李建成．论文名【Ｊ】．大地测量与地球动力学，２００４，　ｖｏ１．２４．Ｎｏ．１．　合计　７４　１００　点的经度、纬度和大地高（Ｂ、Ｌ、Ｈ）；　（３）将控制点的（Ｂ、Ｌ，Ｈ）输入似　［２】李建成、陈俊勇．地球动力场逼近原理与中国２ｏｏｏ￣Ｉ大地水准面的确　定【Ｍ】．武汉：武汉大学出版社，２００３．　点号　Ｅ００５　ｈ似（ｍ）　ｌ５７．６２０　ｈ水（ｍ）　１５７．６１１　高程差（ｍ）　０．００９　点　ｌ０７３　ｈ似（ｍ）　１７９．７７８　ｈ水（ｍ）　１７９．７５２　高程差（ｍ）　０．０２６　１０１６　１０２６　１０３０　１０３８　１７０．Ｏ１５　１６７．６６１　１８０．４４９　ｌ５７．５１７　ｌ７０．０９３　１６７．６６１　１８０．４６６　ｌ５７．５１３　Ｏ．Ｏｌ２　０．０００　一Ｏ．０１７　一Ｏ．０１４　１０７５　ｌ０７９　１０８０　ｌ０８Ｉ　ｌ６７．０７６　１５９．７５４　ｌ６０．６８７　１５８．４９４　１６７．０９３　ｌ５９．７３４　１６０．６８０　１５８．４８９　—０．Ｏｌ７　０．０２０　０．００７　０．００５　１０６０　ｌ６２．１４０　１６２．１６５　一Ｏ．０２５　１０８３　ｌ７２．３８３　ｌ７３．３８６　一Ｏ．００３　科技博览ｌ　２２７