GPS高程测量原理及方法探讨..pdfVIP

广东科技 2010.2 总第 231 期 GPS 高程测量原理及方法探讨 谢劲松 (广东省广州市 510000 1 引言 GPS (欲了解更多 ?请见本期【科技 “生词 ”解释】技术的出现 ,为确定大地水准面 高提供了新的途径 ,提高了作业的效率。然而我们的实用高程采用的是以似大地水 准面为基准的正常高。因此 ,我们必须要实现 GPS 大地高向正常高的转换 ,从理论上 讲 ,实现 GPS 大地高向正常高转换最好的方法是综合利用 GPS 测量数据、重力测量 数据和地球重力场模型进行转换。然而 ,对于一般工程单位来说 ,考虑到作业成本的 问题,人们不可能花那么多的经费去获取昂贵的重力资料。本文就是探讨如何结合 工程实际 情况 ,利用较少的经费获取较高精度的 GPS高程 , 从而实现低成本、高效率、高质量的测量成果。 2 常用高程系统的基本定义 大地高 :大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系 统。某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间 的距离。一般用 H 表示。 正高 :正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该点到通 过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离。一般用 H 正高表示。 正常高 :正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高是该 点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离。一般用 h 表示。 高程异常 :高程异常是指似大地水准面到参考椭球面的距离。一般用 ζ表示。 大地高与正常高之间的关系可以表示为 : ζ=H-h (13GPS高程测量原理 利用 GPS 可以测量出高精度的 WGS84 三维坐标 ( 即大地经纬度和大地高 ,但是 我国大多数用户需要的是正常高 (例如 1985 国家高程基准等 ,那么就需要将大地高转换成为我们需要的正常高 ,由图 1 可以知道 ,h=H- ζ, 由此可以知道 ,将 GPS大地高转换成正常高的关键就是求出 GPS点上的高程异 常值 ζ。因此 , 在利用 GPS 确定了高精度的大地高后 ,求正常高的过程实际上就是求高程异常 的过程。 4 常用 GPS 水准高程计算方法介绍 通过前面的介绍我们知道 ,由大地高转换到正常高的过程 就是求高程异常值 ζ的过程。目前 ,求高程异常值的方法有很 多,比如 GPS三角高程、曲面拟合法、 GPS 重力高程、 绘等值线图法、解析内插法等等。在实际工程应用中考虑到生产成本的因素 , 我们要根据实际情况选择既能提高工作效率 ,又能提高成果精度的方法。 下面简单介绍一下几种常用的确定高程异常的方法 : 4.1 绘等值线图法 绘等值线图法是较早使用的 GPS 水准方法。其原理是 :假 设在某一测区 ,有 m 个 GPS点, 用传统的几何水准方法联测其中 n 个点的正常高 ( 即当作已知点 ,根据 GPS 观测 获得这些点的大地高 ,按式 (1 求出这 n 个已知点的高程异常。然后 ,选定 适合的比例尺 ,将这 n 个已知点的平面坐标