似大地水准面模型在高程测量中的应用

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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

【分类号】：TP391.72

1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，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。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-高程异常。

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GPS测量，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：

（1） 在整个范围布设A级网点12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850公里的二等水准路线测量；

（3） 利用了境内及周边28372个重力数据和美国3 ×3 数值地面模型，获得2 30 ×2 30 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；

（5） 利用96个达到B级GPS网精度和二等水准精度的控制点、周边的49个国家B级GPS水准点，建立GPS/水准似大地水准面；

（6） 采用球冠谐分析方法，将重力似大地水准面和GPS/水准似大地水准面进行融合，计算出似大地水准面精化模型。

3似大地水准面模型在高程测量中的应用

3.1步骤如下：

（1） GPS控制网布设，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） 将控制点的（B、L、H）输入似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实例1流溪河河谷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

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GPS观测时间，提高大地高的精度；

（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，vol.24.No.1.

[2]李建成、陈俊勇 .地球动力场逼近原理与中国2000似大地水准面的确定[M].武汉：武汉大学出版社 ，2003.