GPS RTK拟合高程在浦上矿区地形测量中的应用

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[摘要]gps测量可以获得高精度的大地高，而我国采用正常高系统，如何将大地高转换为正常高值得探讨。以浦上矿区为例，介绍了使用EGM2008重力场模型将大地高转换为正常高的方法。通过已知控制点检核和常规测量方法检查，结果表明，该方法可以满足1：1000比例尺地形图测量精度要求。

[关键词]EGM2008重力场模型 高程异常 GPS rtk 精度

[中图分类号] P223 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-1-140-2

0引言

目前GPS RTK技术已经广泛应用于控制测量、工程测量、地籍测量等工作中，明显的提高了工作效率。众所周知，我国采用的是正常高系统，而GPS-RTK测量得到的是大地高，若使用GPS RTK高程，需要进行高程拟合。目前常用的拟合模型有二次多项式拟合模型[1]、曲面拟合模型[2]、BP神经网络模型[3]等。但以上拟合模型均存在计算复杂，需要进行数据后处理的缺点。在没有高精度似大地水准面模型的区域如何实时获得GPS-RTK高程拟合结果，值得探讨。

1EGM2008重力场模型在RTK高程测量中的应用

1.1EGM2008重力场模型介绍

EGM2008重力场模型是美国国家地理空间情报局采用先进算法和建模技术，以PGM2007B为参考模型，利用GRACE卫星重力数据、全球 重力异常数据、TOPEX卫星测高数据及现势性好分辨率高的地形数据，结合精度高、分布面广的地面重力数据完成的最新一代全球重力场模型[4]，EGM2008重力场模型研制周期为4年，在很多国家和地区进行了测试与评估，结果显示，2190阶的EGM2008重力场模型与其它模型相比精度有了较大的提高，是目前分辨率最高、精度最好、阶次最多的全球重力场模型，在似大地水准面精化、GPS高程拟合、重力测量等领域得到了广泛应用。

章传银、郭春喜、陈俊勇等人利用全国858个GPS A、B级网的GPS/水准数据、华北地区1305个GPS/水准数据、华南地区918个GPS/水准数据、华中华东地区4707个GPS/水准数据对EGM2008重力场模型（无潮汐基准模型）在中国内地的适用性进行了研究与检核，精度统计结果见表1[5]。

可以看出，在全国范围内，EGM2008重力场模型的高程异常精度差距较大，其中华北地区最高，为9cm；华东华中地区精度可以达到12cm；西部人烟稀少、环境恶劣、控制点稀少地区精度稍差。从整体看，EGM2008重力场模型在我国大陆的精度与全球范围的整体精度相当。

1.2基于EGM2008重力场模型的RTK高程拟合

该项目为浦上矿区1：1000比例尺地形图测量项目。浦上矿区位于福建南平市顺昌县南舟村，紧邻316国道和鹰厦铁路，交通非常方便。矿区属低山构造侵蚀地貌，地势东南高，西北低，最高海拔614m，最低125m，测区通视条件差，地形复杂，地物较多，测量难度较大。

由于该项目时间紧，任务重，测量时不进行GPS静态控制测量，直接使用GPS RTK布设图根点，全站仪与GPS RTK相结合进行测量。使用GPS RTK高程需要进行高程拟合。若使用二次多项式拟合模型、曲面拟合模型、BP神经网络模型等常规高程拟合模型，需要足够的GPS/水准控制点且要求位置分布合理。应用EGM2008重力场模型进行高程拟合可以降对控制点数量及位置分布的要求。利用TGO软件Grid factory功能，将EGM2008重力场模型按测区大小提取对应的子网格模型，并上传到天宝手簿“Trimble Date”文件夹中，在进行测量时调用EGM2008模型，通过内插得到该点的高程异常，并将大地高实时转换为正常高，可以方便的实现RTK平面和高程一体化作业模式[5]。

使用EGM2008重力场模型进行GPS RTK高程拟合，只需较少的GPS/水准点（至少为1个），就可以达到普通几何水准精度，对控制点位置分布及数量要求大大的降低。在浦上矿区1：：1000比例尺地形测量项目中，选用矿区中央的一个GPS/水准点，使用EGM2008重力场模型进行GPS RTK高程拟合，开始测量前先在已知控制点上检核，精度符合要求后在进行图根控制点测量及碎部测量。

目前使用GPS RTK结合全站仪进行数字化测图的技术方法已经成熟，且得到了广泛的应用[6]，本文不再单独介绍。

2EGM2008重力场模型高程拟合精度检核

与几何水准、三角高程测量等传统高程测量方法相比，GPS RTK高程独立测量，缺乏必要的检核条件，使用时必须进行检核。常用的GPS RTK高程检核方法有已知控制点检核法、常规测量比对法、重测比较法、变换基站测量法等。由于重测比较法、变换基站测量法无法反应EGM2008重力场模型的拟合精度，因此只介绍已知点检核法、常规测量比对法的检查结果。

已知控制点检核法：若使用EGM2008重力场模型进行GPS RTK高程拟合，测量前需要进行已知点检核。在浦上矿区1：1000地形图测量中，每日测量开始前及测量完成后均到测区已知控制点进行检核，验证平面坐标转换及高程拟合精度。共在4个已知控制点上检核了32点次，检核结果统计情况见表2。

以已知控制点的高程为真值，根据高程检核较差，计算使用EGM2008 重力场模型拟合的GPS RTK高程中误差

常规测量比对法：使用全站仪进行碎部测量时，可以得到相邻图根点的高差。将全站仪测量的控制点间高差，与对应的RTK控制点间高差进行对比，较差统计结果见表3。

可以看出，使用EGM2008重力场模型进行GPS RTK高程拟合可以满足1：1000比例尺图根控制点高程精度要求。

3结论

在浦上矿区地形图测量项目中，使用EGM2008重力场模型进行GPS RTK高程拟合，只需较少的GPS/水准点（至少为1个）即可满足精度要求，通过已知点及常规测量比对法检核，结果表明，该方法可以达到厘米计精度，完全能满足1：1000比例尺地形图的测量要求，且极大的提高了工作效率。

由于EGM2008重力场模型精度高于其它地球重力场模型，在区域似大地水准面精化中可首选其作为参考重力场模型，在缺乏地面重力数据以及数字地形模型的区域，基于EGM2008重力场模型的区域似大地水准面确定方法具有较好的应用价值[5]。

参考文献

[1]于小平，杨国东，许惠平等.GPS RTK高程拟合方法精度研究[J].测绘通报，2006，（11）：19-21.

[2]南亲江，卜建阳.GPS高程曲面拟合算法的精度分析[J].现代测绘，2008，31（4）：80-81.

[3]韩硕.神经网络在GPS高程拟合中的应用[J].测绘通报.2006，（4）：48-50.

[4]蔡庆立，卢荣.EGM2008重力场模型在RTK高程测量中的应用[J].全球定位系统，2012，37（4）：71-73.

[5]原喜屯.地球重力场模型在GPS高程测量中的应用[J].全球定位系统，2011，（2）：59-62.

[6]薄怀志，缪德都，杜海霞等.基于RTK的地形测量工作流程及精度探析[J].测绘与空间地理信息，2009，（1）：191-192.