GPS技术在高程测量方面的应用探讨

第 3O卷 内 蒙 古 石 油 化 工 25 GPS技术在高程测量方面的应用探讨 王虎文 (内蒙古煤田地质局勘测队) 摘 要 本文主要论述了几种常用的由GP$大地高推算正常高的拟合方法及其在实际 的应用，并对施测 (；PS水准提出一些方法和建议 关键词 大地高；高程异常；拟合 自 20世纪 8O年代中期以来，全球定位系统 (GPS)以其精度高，速度快 ，布 网灵活，全天候等 优点在我国测绘界得到了广泛的应用。但在实际 工作 中由于受到高程异常的影响而未能充分利用 GPS定位提供 的三维空间信息中的大地高程成 果，大多采用几何水准测量的方法来确定 GPS点 的正常高。几何水准测量工作量大 ，而且有时施测 十分不方便 。因此 ，如何利用 GPS定位提供的大 地高程成果来建立高程控制 网，对于广大测绘工 作者而言尤为重要迫切。 从流量一效率曲线上看到口环间隙增加后泵 的效率 有 所下 降。泵 在 工艺 要求 的 流量 Q一 663m。／h时，口环加工后总效率下降 ．64 。 2 对壳体各叶轮热膨胀的讨论 由丁该泵的J二作介质足 20O(、以上的热水， 给泵进液后其叶轮和泵壳必定要有热膨胀。叶轮 的温度与介质相同，而壳体却与外界接触。而且有 三个支承点与基础连接。泵壳的膨胀是必然小于 叶轮的膨胀量，而且泵壳的膨胀方向也不是均匀 对称的，这样必然引起叶轮 口环与壳体 口环间隙 的不均匀分布。而且很有可能造成局部卡涩。由 于支承部们的散热，三个支承点部位的膨胀量必 然最小 ，很可能就在这里发生卡涩。针对这一点， 在安装壳体 口环时应将紧固销钉装有口环的上半 部分，使其在上下方向有一个预紧力(但紧力不可 1 高程系统 GPS定位得到的三维基线向量，通过平差 可 以得到高精度的大地高H84。大地高是地点点沿 通过该点的椭球面的距离。但在实际应用中，我们 采用的是在正常高系统下的高程 H。即地面点沿 铅垂线至大地水准面的距离，正常高一般通过几 何水准测量的方法来确定。如何将 GPS点的大地 点H84转换为正常高 H是解决利用 GPS技术进 行高程测量问题的关键。 过大)以减少其膨胀后的椭圆度。 另外 ，由于壳体的散热，使壳体与叶轮的膨胀 有一个时间差，即叶轮膨胀的速度比壳体膨胀的 速度快，这就要求在灌液后 ，要有足够的时间使泵 受热，膨胀完全后才能启动泵，还应加强对泵壳体 的伴热和保温(特别是在冬季)。 3 对泵壳体垫片的选择 泵壳和泵体之间密封垫片采的确用的是 4． 5mm厚的基本型金属一石棉缠绕垫，这种垫片密 封性能好，但它的可压缩性强 ，在安装时容易造成 法兰紧偏。考虑到这一点我们不妨将它更换成 3． 5ram 厚的金属石墨包垫。这种垫片的可压缩时比 较小 ，不宜造成安装时法兰紧偏现象 ，而且压缩后 的厚度与前者相同。 收稿日期：2004年 2月15日 维普资讯 http://www.cqvip.com 26 GPS技术在高程测量方面的应用探讨 第 30卷 上图所示为大地高与正常高之间的关系，其 中：∈ 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示大地水准 面至椭球面间的高差 。即高程 异 常，H—H ～∈，由此 可见：若 能精 确地 求 出 GPS点的高程异常 ∈值，则可将 GPS大地高转换 为我们通常使用的大地高。 2 拟合方法 通常 ，高程异常是采用天文水准或天文重力 水准的方法来测定的。但由于这些资料不易获得， 无法满足 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 建设的要求。为此我们可以在布设 的 GPS网中选择一定数量均匀分布的点 ，利用内 何水准直接联测高程而求出高程异常 ∈值，利用 数学拟合方法计算出其他 GPS点的高程异常 ∈ 值 ，从而求得各待定点的正常高 H。 把 GPS测量和水准测量资料结合起来，建立 模拟高程异常的数学模型，根据网点的位置参数， 便可计算出测区内任一点的高程异常值。目前常 用的方法有以下几种： 2．1 等值线图示法 此方法是根据各已知点的高程异常值 ，绘 出 测区内高程异常的等值线图，然后利用内插方法 来确定未知点的高程异常值，从而求出未知点的 正常高。等值线图法要求：水准测量资料充分， GPS观测点分布均匀且所测大地高有较高的精 度。 2．2 平面拟合法 平面拟合一般适合于在小测区及地形起伏较 小的地区，模型为： ∈一a0+alX+a2Y 此方法根据已积压点的高程异常值 ，按最小 二乘法求出拟合参数 a。、a 、a ，从而确定其他 GPS点的高程异常值来求得各GPS点的正常高。 2．3 二 次 曲面拟 合 当测区范围大或地形起伏较大时 ，可采用二 次曲面拟合的方法 ，其模型为： ∈一ao+alx+a2y+a3X +a4xy+a5Y 此方法是根据 6个或 6个以上点的高程异常 值求得拟合参数 a。、aha ⋯⋯，然后根据网中其 他各 GPS点的坐标求得各点的高程异常值，从而 得到各点的正常高。 2．4 曲线拟合 对于一些特殊工程网，如工路控制网等带状 控制，可采用曲线拟合 ，其模型为 ： ∈=a0+alX+azy+⋯anx 或 ：a0+alY+azy 十a Y” 3 水准测量的工程实例 为 了研究建立 GPS水准测量与几何水准测 量之间的拟合数学模型，结合生产实际，我们在神 华煤制油项 目控制网测中对 GPS拟合高程作了 实验，也在多条公路测量中进行验证和比较 ，取得 了一定量的数据及可靠的实验成果。 3．1 神华煤制油项 目控制网 该网布设为 D级网，全 网共布设 84个点，全 部施测四等水准，沿管线呈带状分布，东西走向地 形西高东低，东西部高差最大为 52m左右，高程 异常变化幅度达0．49m，为了探讨建立 GPS测量 成果与几何水准拟合数学模型的建立情况，分别 对采用平面拟合及二次曲线拟合的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 进行了拟 合 比较见表 1。 表 l 法 主所 lcm≤△≤4．5cm△>4．5cm ( ) ( ) 14 16．2 90．4 平面拟合 19 21．6 93．8 14 16．2 94．7 二次曲 19 21．6 95．2 面拟台 23 27．0 95．9 由表 1可知 ：当采用平面拟合方法时，拟合精 度是否满足施测精度与水准点的多少有关，当参 与拟合的水准点达到一定多 的程度时，拟合精度 符合 Ⅳ等水准的要求，而采用二次曲面拟合时，选 用测区四周点及测区中部点作为拟合的起算数据 时，拟合结果完全符合四等水准的要求，见表2。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 30卷 内 蒙 古 石 油 化 工 27 表 2 ． ．． 拟合 所占比例△≤l cm 拟合方法 参数 (％) (％) l cm≤△≤4．5cm △>4．5cm (％) (％) 3．2 乌兰浩特至突泉公路测量 该 工程为条带 图测量，线路 主线长度达 82km，共布设GPS点 95个。全部用四等水准联 测。直接采用二次曲面拟合法，用周周及中部水准 点作为拟合起算数据，拟合结果完全达到四等水 准要求。 另外，我们在集丰公咱、通辽至舍伯吐、棋盘 井南翼等测区中都进行了比较，得到满意的效果。 3．3 在其他工程 中 在其他工程中，针对地形情况及测 区大小分 别采用平面拟合法或二次曲面拟合法，达到令人 满意的结果。 4 GPS水准精神分析 从利用 GPS水准测量成果与几何水准建立 拟合模型及所做的工程实例来看，影响GPS水准 测量的精度的原因存在以下几个方面： 4．1 大地高测定误差 大地高测 定的精度是影响 GPS水准测量精 度的主要原因之一，因此要提高 GPS水准测量的 精度 ，必须有效地提高大地高的测量精度 ，在实际 工作中最好选用双频 GPS接收机。观测时应选择 最佳的卫星分布，注意选点 以减弱多路径误差及 对流层延迟误差。 4．2 几何水准测定误差 几何水准测定的精度好坏直接关系到拟合数 学模型的建立，是否能正确反应测 区内高程的异 常变化．所 以一定要保证用于拟合起算数据的水 准成果具有相 好的精度 4．3 几何水准点的分布及数量 建立拟合数学模型时．拟合起算数据的水准 点最好能均匀地分布于拟合 区域 中，一般取拟合 区域周边和 中部一定数量的水准点，根据工作经 验一般取6～8点以上为好。这样才能罗好地瓜测 区的高程异常变化，同时水准点个数越多，求出的 未知参数精度越高，同时水准点数多时也可对拟 合结果起到检核作用。 4．4 选择合适的数学模型 用 GPS测量成果与几何水准来建立拟合数 学模型反映高程异常的变化情况是切实可行的。 但由于大地水准面是不规则的面，在不同地区和 地形条件下，其大地水准面的变化不同，所以在选 择拟合数学模型时，应根据测区的规模来选择不 同的拟合模型以取得较好的效果。同时在一般情 况下，最好采用两种以上的拟合方法来判定，使得 拟合结果更为可信。 总之 ：GPS水准的精度由 GPS测定误差、已 知水准点误差和拟合误差等组成。GPS测定误差 和水准点误差可以通过优化施测方法得到保证 ， 而拟合误差则与测区地形条件、拟合数学模型及 水准点分布数量密切相关，因此，在实际作业前制 定周密和切实可行的施测方案，以保证 GPS水准 的施测精度达到四等水准的要求是完全可以的。 5 结论 当我们手中拥有精密水准测量资料时，利用 GPS测量成果 ，可以根据测区地形建立一定的拟 合数学模型来精确地确定大地水准面的高程。其 精度可以达到四等水准精度的要求。同时我们看 到：在许多测绘工程中，由于多年在不同测绘工程 项 目中布设有 大量四等 以上的水准点，在布设 GPS点时，可充分利用这部分水准资料。结合 GPS定位白争三维空间信息来布设三维GPS控制 网可以达到事半功倍的效果。更好地发挥GPS这 一 新兴技术的作用。 本文只根据高程异常为已知数据，对 GPS测 量与几何水准建立拟合数学模拟出发进行探讨， 但根据实际工作的经验来看 ，由于已知高程异常 本身含有拟合残差，对建立拟合数学模型有一定 的影响 而未能从较深理论方面进行探讨 ，只将拟 合残差用于检核作用，这方面有待于在 以后的工 作中进一步实践和论证 参 考 文 献 [1] 徐绍铨 ．GPS测量原理及应用 ． [2] 周忠谟．GPS卫星测量原理与应用 ． 收稿日期：2004年 5月15日 O O O 5 9 3 5 3 2 i ¨ ％ 8 6 4 n 弛 ¨ H 圆 △口 次 拟 二 面 维普资讯 http://www.cqvip.com