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中国中铁九局集团有限公司

GPS高程测量精度研究

二○一○年一

【摘要】

结合测量工作实践，在GPS定位中高程的精度通常较差,这也是造成高程信息没有得到广泛应用的一个重要原因,所以为了能充分利用GPS定位中的高程信息,还必须设法挖掘GPS测高的精度潜力。通过对通霍线D级GPS网的高程拟合精度分析，探讨GPS高程拟合成果的精度与起算点分布、起算成果精度、高程拟合数学模型、GPS数据处理软件的关系。

【关键词】

GPS高程异常值中误差曲面拟合

GPS高程测量精度研究

中铁九局集团第一工程有限公司田飞

一、前言

目前，大多数的城市首级控制网均采用GPS测量，而其中的高程控制主要采用传统的几何水准测量方法建立高精度的水准网。GPS高程测量却常常被忽视，认为其精度不太可靠。因此，为探讨GPS测量高程拟合成果的精度与起算点分布、起算成果精度、高程拟合数学模型、GPS数据处理软件的关系，结合通霍线D级GPS网测量GPS高程拟合的工作，对GPS拟合高程的精度进行了研究。

二、研究目的

进行多种高程起算点分布的拟合试验，比较不同起算点分布下的高程拟合成果精度，探讨GPS高程拟合成果的精度与起算点分布、起算成果精度、高程拟合数学模型、GPS数据处理软件的关系，并确定一套最优的GPS拟合高程可达到四等水准的数据处理方法。

三、课题研究人员组成及职责

队长：田飞、巨新峰

主要负责测量方案、数据处理和数据精度

组员：叶成文、邢建汇、郭宇航、赵会东、单勇志、王辉

主要负责施测和采集，保证数据的准确

四、国内外现状及简要说明

全球定位系统（GlobalPositioningSystem-GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、高效率等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用各个相关领域，给测绘领域带来一场深刻的技术革命。

五、GPS高程拟合的方法

分别采用《PowerADJ3.0》软件进行曲面拟合的方法拟合计算和采用《TG01.6》软件进行EGM96大地水准面模型高程拟合计算，并对结果进行对比分析。

六、数据质量检核

6.1重复基线的长度较差ds，两两比较应满足ds≤2σ（式中σ为相应级别的精度，并按实际平均边长计算）；

6.2D级GPS网的同步环闭合差Wx、Wy、Wz均不得大于/5σ（式中σ为相应级别的精度，并按网的平均边长计算）；

6.3D级GPS网的独立闭合环或附合路线坐标闭合差应满足以下要求：

Wx≤3σ，Wy≤3σ，Wz≤3σ

Ws≤3σ（Ws＝）

式中：n为闭合环边数，

σ为相应级别的精度（按实际平均边长计算）。

6.4D级GPS网的无约束平差

当观测数据的各项质量指标经检验符合要求时，方可进行D级GPS网的无约束平差。D级GPS网作一个整体网进行平差计算，无约束平差提供基线向量的改正数、基线的相对和绝对误差、各点在WGS-84坐标系下的空间直角坐标和大地经纬度坐标及大地高、各点的平面坐标。基线分量的改正数绝对值应满足以下要求：

VΔx≤3σ，VΔy≤3σ，VΔz≤3σ

式中：σ为相应级别规定的基线的精度。

在以上各项精度指标均符合设计书及规范的要求以后，再进行GPS网的高程拟合。

七、GPS高程拟合成果外部检核和精度标准

7.1GPS高程拟合成果外部检核

首先对D级GPS网中的绝大多数点联测二等水准，选用其中部分点作为GPS高程拟合的起算点，其它没有参与GPS高程拟合计算的D级GPS点作为外部检核点，对GPS高程拟合结果进行外部检核。

根据D级GPS网高程拟合函数内插得到检核点的高程异常值ζ，通过公式：

h=H-ζ

求得检核点正常高h插，然后按照第7.2款进行GPS高程拟合精度等级评定。

7.2GPS高程拟合精度等级评定

假定二等水准测量值h水是真值，通过第7.1款外部检核方案，对所得到的GPS高程拟合结果进行精度评定。

7.2.1比较外部检核点正常高较差值Vh

A、各检核点GPS高程内插值h插与其二等水准联测值h水间正常高较差值Vh，Vh的最大值应满足以下关系：

Vh=h插-h水≤±2σ≤±40(mm)

B、检核点Vh的均方差值（中误差）m应满足以下关系：

m=≤σ≤±20（mm）

7.2.2

相邻检核点GPS高程内插值两两比较得到高差DH插，与其二等水准高差DH水应满足以下关系：

三等水准：DVh=Dh插-Dh水≤±12（mm）

四等水准：DVh=Dh插-Dh水≤±20（mm）

k为检核点间基线长度，单位km。

7.2.3

各相邻检核点高差较差DVh可看作是符合水准路线的闭合差