23_GPS在精密高程测量中的运用

第 27卷第 6期 2004年 12月 V01．27．NO．6 Dec．2004 GPS在精密高程测量中的运用 方 波，赵洪星 (长江水利委员会下游水文化水利资源勘测局，江苏 南京 2100l1) 摘 要 全球卫星定位系统 GPS是具有全球性、全天候 、全能性优 势的导航定位 系统，其可 以提供三维坐标的优 越性 目前还未能得到充分发挥。分析了 GPS高程测量中影响精度的主要 因素，以及解决这些影响 的一些方法；在 GPS高程转换为正常的过程 中，介绍两种转换方法即加权平均法和平差转换法；提 出了提高 GPS高程测量精度必 须注 意的 几 个方 面 。 关键词 GPS 精密高程测量 对流层影响 高程转换 中图分类号：P228；P216 文献标识码 ：B 文章编号 ：1672—4097(2004)06—0029—03 l 引 言 随着 GPS技术的日益成熟，GPS以其精度高、 速度快等优点 ，在布设各种形式的控制 网、变形监 测网及精密工程测量等方面都得到了迅速、广泛的 应用，但是 ，GPS在高程测量方面的精度还不够高， 这严重制约了 GPS在三维控制网和垂直形变监测 网中的应用 ，也就是说 ，GPS可 以提供三维坐标 的 优越性未能得到充分发挥。 2 高程系统 在测量学中高程系统一般可分为三种：正高高 程系统 、正常高高程系统、大地高高程系统。 2．1 正高高程系统 正高高程系统是以大地水准面为高程基准面 ， 地面上任意一点的正高高程是该点沿铅垂线方向 至大地水准面的距离 。如图 1所示，A点的正高为 ： H 一』 dH=』 gd^ ㈩ 式中：g 为A 点铅垂线上AC线段问重力值的平均值；g和 分别为沿OBA路线所测得重力值和水准高差。 。 ＼ C 大地水准面 C’ 似大地水准If【f D 参考椭球面 图 l 各高程系统示意图 由于 g 不能精确测定，也不能由公式推导出 来，所以地面点的正高高程不能精确求得，而通常 是采用近似方法求正高的近似值，A 点的近似正高 计算公式为 ： 1 r H诟 一 m yd^ (2 式 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 示正常重力值 ， 为 A 点铅垂线上 AC线段 问重 力值的平均值 。 正常重力值并不顾及地球内部质量密度分布 的不规则现象，它仅随纬度 的不 同而变化 ，其计算 公式为： )，一 y45。(1一 acos20+ ⋯ ) (3) 式中： 。为纬度 45。处 的正常重力值 ；0为计算点的纬度 ；a 为常数 ，a≈ 0．0026。 由于地球内部质量分布并不是均匀的，因此正 常重力值 y与实测重力值g并不相同，在某些地区， 特别是我国西部高山地区差异很大 ，在这些地区近 似正高会受到较大的扭曲。 2．2 正常高高程系统 以似大地水准面为基准面 的高程系统为正常 高高程系统。正常高高程计算公式为 ： 1 r H 一 J∞ gd^ 上式与(1)式相比较可知，正高高程无法精确 求得 ，但正常高高程可以相对精确地求得。式中 g 可由重力测量结果求得， 可 由水准测量的结果求 得 ，而 可由正常重力公式计算求得。目前 ，我国 使用的高程系统为正常高高程系统。 2．3 大地高高程系统 以参考椭球 面为高程基准面 的高程系统称为 大地高高程系统。GPS测量所求得的高程是相对 于 wGS一84椭球而言 的，即 GPS高程是 大地高， 记为 H。飓。H。飓仅仅具有几何意义而缺乏物理意 维普资讯 http://www.cqvip.com 30 现 代 测 绘 第 27卷 义，因此它在一般的工程测量中不能直接应用。 3 影响 GPS高程测量精度的因素 影响 GPS高程测量精度的主要因素有：大气电 离层和对流层对 GPS信号的折射和区域性似大地 水准面本身精度。 3．1 大气对 GPS信号 的折射是影响高精度 GPS 平面相对定 位及垂直方 向精 度的重要因素之一。 其中电离层折射的影响可通过改正模型进行改正 ， 也可以利用双频接收机进行双频改正，还可 以利用 站际、星际二次差分观测值(简称 双差)来有 效消 除 ，因此大气折射对 GPS平面相对定位 的影响较 小。而对于对流层折射影响，一方面是改正模型的 精度不够高；另一方面是在双差观测值中不能得到 有效消除。由此可见，提高 GPS网的精度已集中到 提高 GPS高程测量的精度上。 由于对流层 中的物质在时间上和空间上的分 布具有极大的随机性，这造成了对流层产生的折射 延迟也具有较大的随机性。而实际上对流层折射 影响是由于燥气体 和水蒸气所产生 的影响共同组 成的，它可以表示为： ADt 一 (pa+ ) ( ) (5) 式中：AD 为对流层折射对 GPS信号所产生的等效路径延 迟；pa、 ．分别为干、湿气体所产生的误差分量；／9"／( )为与传 播路径高度角 有关的投影函数。 目前对流层折射改正模 型普遍采用 Hopfield 模型和 Saastamoinen模型等，这些模型都只考虑了 测站的大气压 、湿气压、温度 、测站高以及测站纬度 等 ，由于测站气象元素并不能很好地表征传播路径 上的气象条件，因此改正模型并不能很好地模拟出 实际的对流层折射影响，尤其是湿分量的影响。 3．2 因区域性似大地水准面本身测量精度 的影 响，GPS测量的大地高在向正常高转换过程中，精 度受到较大损失。 4 GPS高程的转换 在常规地面测量 中，测点的正常高一般是通过 水准测量而求得的。水准测量所求得的两点 间的 高差 ，加上正常水准面不平行改正 和重力 异常改 正 ，即可得到两点间的正常高高差。GPS测量所得 的大地高即 H ，必须经转换为正常高后 ，才能在 工程测量 中应用。H 与以似大地水准 面为基准 的正常高(H常)的关系为(如图 2所示)： 只要知道某点的高程值 ，就可以将该点的 GPS高 程转化为正常高高程。 。 — _ 一 ． ＼ H 1 『 似大地水准面 ． }∈ 图 2 GPS高程 与正 常 高高 程关 系 计算高程异常值 的一般方法有 ：加权平均法、 平差转换法等。 4．1 加权平均法 加权平均法是 由内插点周 围部分 已知点 的高 程异常值加权平均求得该点的高程异常值 。 P r， 一 专兰 (i— l，2⋯，n) (7) 一 弋： 一 ⋯“ ¨ 式 中：P 一 ，S 为已知点 至 内插点 A 的水平距离。 4．2 平差转换法 如在某一 区域 内已知有一定数量的点具有三 维坐标 ，那就可以根据坐标转换的原理，从而求得 参考椭球 面与似大地水 准面之间的平移 和旋转参 数 ，并将这些参数加入到 GPS网进行平差，在 已知 点的约束下，通过平差即可求得 GPS观测点的平面 坐标和正常高高程。 5 对 策 利用 GPS技术进行高程测量的精度 ，受到卫星 几何图形、周围环境、测量精度、接收机 (软件)模拟 或消除系统误差的能力等多种因素影响，因此要使 GPS高程测量的精度有所提高，必须注意： 5．1 选择最佳的卫 星几何图形 ，GPS定位精度与 站卫的图形强度有关 ，要提高 GPS高程测量 的精 度，应使 VDOP尽可能的小。 5．2 选用双频 GPS接收机 ，有效地消除电离层折 射的延迟误差 。 5．3 提高固定测站点 的观测精度，GPS相对定位 测量时所选取的固定点一般为国家大地点，其 WGS 一 84坐标通常由伪距定位获得 ，固定点的水平坐标 误差将影响所求点的高程精度。 5．4 因为用双差观测值不能有效地消除对流层折 射影响，应采用一种较好的方法解决。 }一 HGPs—H (6) 参考文献 式中 表示A点的高程异常值。由上式可知， 刘基余，李征航，等·全球定位系统原理及其应用[M]· 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 6期 方 波等 ：GPS在精密高程测量 中的运用前景 31 北京 ：测绘出版社 ，1993 2 陈小明．高精度 GPS动态定位 的理论与实践EM]．武汉 ： 武汉测绘科技大学 ，1997 3 潘宝玉．论高精度 GPS高程测量EJ]．地矿测绘，1995，(1) 4 陶本藻．GPS测高原理及其算法[J]．地矿测绘，1998，(1) 5 沈学标．GPS水 准高程 拟合精度的分析[J]．测绘通报 ， 6 7 1998，(7) 岳建平 ，岳东杰．工程 GPS水 准测 量的精 度 及其应 用 [J]．测绘通报 ，1999，(11) 葛茂荣 ，刘径南．GPS定位中对流层折射估计研究[J]．测 绘学报 ，1996，(25) The Applying Prospect of GPS in Precise Height M easurement Fang Bo，Zhao Hongxing (The Lower Reaches H ydrology and W ater Resources Surveying Bureau of ChangJiang Water Resources Commission，Nanjing Jiangsu 210011) Abstract The advantages of 3-dimension coordinates by GPS has not been fully exerted．This paper introduces two transfer methods，that is tO say，the method of averaging weights and the method of the adjustment transferring in the course of converting the GPS altitudes into normal altitudes by analyzing the main ingredients which affect the accuracy in the GPS height measurements and some methods of solving these influences．Several aspects is mentioned in improving the precision of GPS height measurement Key W ords GPS，Precise height measurement，The influence of the tropospheric，Altitude transferring (上接第 25页l 表 2 b)平面 注 ：工况一为初定位；工况二为下塔柱 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 完毕 ；工况三为下横梁施工完毕 ；工况四为下横梁张拉工程施工完毕 。 从上述数据可以看出，TO段在不同的工况下是 有变化的，其主要的变化量为横桥向的位移和顶端 口的横桥向倾角。(上游塔柱 向内侧位移约 4mm， 下游塔柱向内侧位移约 12mm) 7 结 语 目前 ，北塔钢塔柱已安装过半，安装精度达到 设计要求。 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 ，我们提出两点看法： 7．1 关于钢混结合段中对绝对偏差不大于±1mm 的技术要求没有必要，我们认为±2mm 即可，过高 定位精度给测量本身带来很多困难。 7．2 对构件进行精密调整定位时，要充分考虑具 体施工中没有时间进行多余观测和重复观测，采用 短视线极坐标法可较好地解决这个问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 1 2 参考文献 陈龙飞，金其坤．工程测量[M]．上海 ：同济大学出版社． 199O。8 张正禄．工程测量学[M]．武汉：武汉大学 出版社．2002．7 The Construction Survey Technology of Steel—concrete Combined Sections in The Third Bridge of NanJing Yangtse River’S Northern King-tower Cai Shaoyun (The Project Department of the Third Bridge of NanJing Yangtse River，The Fourth Corporation of CHEC Second Navigational Engineering Bureau，Nanjing Jiangsu 210041) Abstract The Third Bridge of NanJing Yangtse River is the first steel—pier cable—stayed bridge in our country．This paper sets the northern tower as an example and introduces the key procedure-the construction surveying technology of steel—concrete combined sections． Key Words The Third Bridge of NanJing Yangtse River，Steel—concrete combined sections，The construction surveying，Method 维普资讯 http://www.cqvip.com