一種利用gps測量跨河水準高差的方法
2023-06-06 19:37:36 1
專利名稱：一種利用gps測量跨河水準高差的方法
技術領域：
本發明屬於測繪技術領域，具體是指一種利用GPS測量跨河水準高差的方法。
背景技術：
在橋梁、大壩等工程施工過程中需要進行河流兩岸水準高差的測量，傳統的普通 經緯儀測量的方法耗時過長，在GPS測量技術出現後已經漸漸淘汰。由於GPS定位技術可 以精確獲得大地高程，因此，國家規定在利用GPS測量跨河水準高差時，應布置專用跨河水 準測量場地分別測量大地高差和左、右兩岸獨立的水準高差，然後利用線性擬合的方法求 得待測的河流兩岸間的水準高差。但是這樣測量方法經常受到測區現場場地的限制，同時 當某一個測量數據出現誤差時，由於多餘觀測較少，線性擬合模型穩定性不高，此時求得的 跨河水準高差誤差較大。
發明內容
本發明的目的是根據現有技術的不足提供一種方便快捷，同時結果穩定可靠的利 用GPS測量跨河水準高差的方法。本發明是通過如下技術方案實現的一種利用GPS測量跨河水準高差的方法，其 步驟包括在GPS工程控制網中選定河流兩岸各2個的至少2組控制網點作為跨河水準點； 測定GPS工程控制網兩岸各點的GPS大地高程，得到跨河水準點間的GPS大地高差；利用水 準測量得到已知河岸各控制網點的水準高程，並假設選定的1組中2個跨河控制網點間的 水準高差為未知數，計算出另一河岸所有控制網點含有未知數的已知水準高程；根據同一 控制網點的GPS大地高程與水準高程間的關係構建曲面或平面擬合模型；用最小二乘法計 算該假定的跨河水準點水準高程及跨河水準高差。所述每組跨河水準點背向河流方向還分布有GPS工程控制網點。所述每組跨河水準點的連線垂直於河流方向。所述測定GPS工程控制網各點的GPS大地高程的方法，是利用測區最近的兩個以 上GPS連續運行參考站的WGS84坐標和觀測值，與GPS工程控制網的任一點聯合平差，然後 固定該點進行GPS工程控制網三維平差，從而得到GPS工程控制網各點的GPS大地高程。所述測定工程控制網各點的水準高程的方法，是利用傳統水準測量方法分別測定 兩岸各控制網點間的水準高差或水準高程。用本發明的方法測量跨河水準高差，是充分利用GPS工程控制網的測量信息，通 過計算獲得跨河水準測量高差的方法，無需專門布設跨河水準測量場地，大大減少了工作 量，提高了工作效率。同時，本發明是直接利用GPS工程控制網的測量信息，通過構建帶跨 河水準高差未知數的曲(平)面擬合模型，計算得到跨河水準高差，因此，計算結果穩定、可
圖1為利用本發明方法的某GPS工程控制網布置圖；圖2為各高程之間的關係示意圖；1.某江、A.本地參考橢球面、B.WGS84橢球面、C.大地水準面、D.似大地水準面、
E.地球表面。
具體實施例方式以下結合具體實施例來進一步說明本發明如圖1所示，某水利樞紐的GPS工程控制網由某江1兩岸的20個點組成，控制面積 約15km2。選取XL15和XL20為跨河水準點，它們背向河流的方向還分布有網點，並且連線垂 直於河流方向。GPS工程控制網各網點的GPS大地高程，是利用周邊三個最近的GPS連續運 行參考站的WGS84坐標和觀測值，與GPS工程控制網的任一點聯合平差，得到該點的WGS84 坐標，然後固定該點進行GPS工程控制網三維平差，從而得到20個點的GPS大地高程。再 通過水準測量分別測定兩岸的20個點的水準高程。通過計算即可以得到XL15和XL20的 水準高差。如圖2所示，大地高程是由地球表面E到本地參考橢球面A的距離，即h54為某地 的大地高程。似大地水準面D和大地水準面C是由地球重力場定義的高程參考面，是一個 物理意義上的等位面。我國高程系統採用水準高系統，水準高是由地球表面E至似大地水 準面D的距離，即吐為某地的水準高。而由GPS相對定位獲得的三維基線向量，通過GPS網 平差，可求得以WGS84橢球面B為基準的高精度GPS大地高程，GPS大地高程是由地球表面 E至WGS84橢球面B的距離，即h84為某地的GPS大地高程。ζ 54為似大地水準面D到本地 參考橢球面A的距離。ζ 84為似大地水準面D到WGS84橢球面B的距離。H1為地球表面E 至大地水準面C的距離。N54為大地水準面C到本地參考橢球面A的距離。N84為大地水準 面C到WGS84橢球面B的距離。可見，GPS測高與常規水準測量的基準面之間存在一定關係，或者說可以通過轉換 求得我們所需要的高程數據。由於常規水準測量需要用水準儀一個站一個站地傳遞高程， 每個測站最大距離只能是60-100m，勞動強度大，工作效率低，內業較為繁瑣。而GPS測高只 需擺好接收機，開機等待即可，測站距離可以達幾km，勞動強度小，工作效率高，內業較為簡 單，其優越性是非常明顯的，特別是在山區更為明顯。GPS測量的GPS大地高程h84要轉換為工程上使用的水準高H2系統。從兩者的關 系可以看出，要想通過GPS大地高程Ii84來求水準高H2,需要已知高程異常ζ 84，由於高程異 常ζ 84是由地下物質及其密度分布不均勻產生的重力異常導致的，要獲得高精度的ζ84是 不現實的，但可以通過測區內測量已知點的GPS大地高程h84和幾何水準測量的水準高H2來 反求高程異常ζ84。當測區具有已知GPS大地高程Ii84，以及帶有未知數的H2的測量控制點 時，就可以用數學模型擬合的方法確定測區似大地水準面，從而求出測區範圍內各待測點 間的高程異常，進而實現GPS測量的大地高的轉換為工程使用的水準高。具體計算過程如下構造高程異常差N的平面坐標(X，y)的函數，即有擬合模型N = H84-Hr將似大地水準面看成平面或曲面，將高程異常N表示成平面坐標(x，y)的函數，即有擬合模型N = f(X，y)+e式中，f(x, y)是擬合的似大地水準面的趨勢面；ε為擬合誤差。iii :f (χ, y) = a0+a1 (χ-χ0) +a2 (y-y0) +a3 (χ-χ0) 2+a4 (χ-χ0) (y-y0) +a5 (y-y0)2+......式
中，徹、 、 、 、 、 、……，為待擬合參數；x，y為同時具有大地高和水準高的點的坐標； χο; %為同時具有大地高程和水準高的控制點的中心坐標。假設GPS點和水準點左岸有η個重合點、右岸有m個重合點，跨河點高差未知數為 a時，左岸重合點用矩陣表示Nl = XlBl+ ε L其中，
權利要求
1.一種利用GPS測量跨河水準高差的方法，其步驟包括在GPS工程控制網中選定河 流兩岸各2個的至少2組控制網點作為跨河水準點；測定GPS工程控制網兩岸各點的GPS 大地高程，得到跨河水準點間的GPS大地高差；利用水準測量得到已知河岸各控制網點的 水準高程，並假設選定的1組中2個跨河控制網點間的水準高差為未知數，計算出另一河岸 所有控制網點含有未知數的已知水準高程；根據同一控制網點的GPS大地高程與水準高程 間的關係構建曲面或平面擬合模型；用最小二乘法計算該假定的跨河水準點水準高程及跨 河水準高差。
2.根據權利要求1所述的利用GPS測量跨河水準高差的方法，其特徵在於所述每組 跨河水準點背向河流方向還分布有GPS工程控制網點。
3.根據權利要求2所述的利用GPS測量跨河水準高差的方法，其特徵在於所述每組 跨河水準點的連線垂直於河流方向。
4.根據權利要求1所述的利用GPS測量跨河水準高差的方法，其特徵在於所述測定 GPS工程控制網各點的GPS大地高程的方法，是利用測區最近的兩個以上GPS連續運行參考 站的WGS84坐標和觀測值，與GPS工程控制網的任一點聯合平差，然後固定該點進行GPS工 程控制網三維平差，從而得到GPS工程控制網各點的GPS大地高程。
5.根據權利要求1所述的利用GPS測量跨河水準高差的方法，其特徵在於所述測定 工程控制網各點的水準高程的方法，是利用傳統水準測量方法分別測定兩岸各控制網點間 的水準高差或水準高程。
全文摘要
一種利用GPS測量跨河水準高差的方法，其步驟包括在GPS工程控制網中選定河流兩岸各2個的至少2組控制網點作為跨河水準點；測定GPS工程控制網兩岸各點的GPS大地高程，得到跨河水準點間的GPS大地高差；利用水準測量得到已知河岸各控制網點的水準高程，假設選定的1組中2個跨河控制網點間的水準高差為未知數，計算出另一河岸控制網點含有未知數的已知水準高程；根據同一控制網點的GPS大地高程與水準高程間的關係構建曲面或平面擬合模型；用最小二乘法計算該假定的跨河水準點水準高程及跨河水準高差。用本發明的方法測量跨河水準高差，減少了工作量，提高了工作效率。同時，本發明計算的跨河水準高差，穩定性較好，結果可靠。
文檔編號G01C5/00GK102121825SQ20101059229
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者劉祖強, 賈進科 申請人:長江巖土工程總公司(武漢), 長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院