基於大地水準面模型測量水準高差的方法
2023-06-06 19:32:06
基於大地水準面模型測量水準高差的方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於大地水準面模型測量水準高差的方法，它採用大地水準面模型計算出相鄰控制點的高程異常差，通過GNSS測量得到相鄰控制點的大地高差，二者相減，即可轉換為水準高差，進而計算各個控制點的高程。本發明可應用於多種地形，地形包括平原、丘陵、山區等，其各個控制點的間距可達5～8km，工作效率可提高6至10倍，可達到三、四等水準測量的精度；且只需首末端兩個控制點的高程，不需要進行幾何水準測量，具有工作強度小、效率高的特點。
【專利說明】基於大地水準面模型測量水準高差的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及測繪【技術領域】，具體地指一種基於大地水準面模型測量水準高差的方法。
【背景技術】
[0002]現有技術中，水準高差的測量一般採用幾何水準的方法進行；幾何水準是指用水準儀和水準尺測定地面上兩點間高差的方法。在地面兩點間安置水準儀，觀測豎立在兩點上的水準標尺，按尺上讀數推算兩點間的高差。通常由水準原點或任一已知高程點出發，沿選定的水準路線逐站測定各點的高程，一站的距離為20~200m。
[0003]採用幾何水準的方法進行水準高差的測量，其工作強度大、效率低，嚴重製約了測繪保障。
[0004]也可以採用重力似大地水準面精化方法，獲得各個點的高程異常，但其有以下缺
佔-
^ \\\.[0005]I)重力似大地水準面及其存在的不足:
[0006]重力似大地水準面是利用重力測量數據、數字地形模型和參考重力位模型，應用移去-恢復技術，僅採用重力方法計算獲得的似大地水準面模型，因為重力和高程數據解析度較高，因此它具有高解析度的特點；
[0007]但是，重力似大地水準面也因為各種因素的影響，使其計算精度較低:一是部分地區地面重力數據稀少甚至是空白；二是重`力資料分布不規則且我國地形變化劇烈，在進行重力數據格網化時必定會帶來一定插值誤差；三是參考重力位模型與我國重力場存在系統差，位模型與重力數據的長波誤差也不盡一致，這些因素都將對計算得到的重力似大地水準面產生系統性影響；四是重力似大地水準面與GPS/水準似大地水準面之間存在較大的系統偏差，不利於GPS測量的應用；
[0008]2)重力似大地水準面與GPS/水準的擬合及其存在的不足:
[0009]用重力場理論確定的高解析度的重力似大地水準面受地面重力數據誤差及其分布密度等影響而含有系統偏差，GPS/水準的精度雖然很高，但受水準測量方法的限制，難以實現在時間和空間上達到一定的密度要求，因此，如何將這兩類似大地水準面綜合得到一個消除系統誤差的高精度的區域似大地水準面有不同的處理方法，通過採用多項式擬合多面函數擬合等方法，將高解析度但精度較低的重力似大地水準面擬合到高精度但數量較少的GPS(似)大地水準面上，從而消除重力似大地水準面的系統偏差，重力似大地水準面與GPS/水準似大地水準面的擬合，能夠較好的消除兩者之間的系統偏差，提高似大地水準面的精度，但是該方法仍然存在一些不足:
[0010](I)重力似大地水準面與GPS/水準似大地水準面之間的系統偏差非常複雜，是不可能用某種數學曲面代替的，這種曲面擬合顯然誤差較大；
[0011](2)因為GPS/水準點一般比較稀疏，用於曲面擬合的數據較少，不能精細表現複雜的似大地水準面，難以達到很好的擬合效果，而要保證擬合精度，就必須布測較密集的GPS/水準點，這樣勢必造成過多地增加水準測量工作量，增大了外業勞動強度，加大了項目的周期和生產成本；
[0012](3)擬合曲面是一種平滑的數學曲面，會導致在擬合過程中損失部分高頻信息。
【發明內容】
[0013]本發明的目的就是要解決上述【背景技術】的不足，提供一種可提高測量工作效率且精度高的基於大地水準面模型測量水準高差的方法。
[0014]本發明的技術方案為:一種基於大地水準面模型測量水準高差的方法，其特徵在於，它包括以下步驟:
[0015]I)、在待測量區域選取多個控制點，多個控制點連成多個閉合環，其中首端閉合環的首端控制點與末端閉合環的末端控制點為已知高程的控制點；
[0016]2)、利用EGM2008全球大地水準面模型或省域似大地水準面模型，計算各個控制點的高程異常；
[0017]3)、將相鄰控制點的高程異常相減，即可得到相鄰控制點的高程異常差；
[0018]4)、通過GNSS測量技術，得到各個控制點的大地高，將相鄰控制點的大地高相減，即可得到相鄰控制點的大地高差；
[0019]5)、將上述得到的相鄰控制點的大地高差減去高程異常差，即得到相鄰控制點的水準聞差。
[0020]步驟2)中，採用鄰域9點法計算各個控制點的高程異常。
[0021]採用鄰域9點法計算各個控制點的高程異常的步驟為:
[0022]a)、選取任一控制點，以該控制點為中心，選取該控制點鄰域方格的9個已知高程異常的數據點，構成核函數:
[0023]Qj= [ (X-Xj) 2+ (Y-Yj) 2+0.8]α 5(式 I)
[0024]其中，(XjjYj)為第j個已知高程異常的數據點在EGM2008全球大地水準面模型或省域似大地水準面模型的坐標，(X，Y)為9個已知高程異常的數據點在EGM2008全球大地水準面模型或省域似大地水準面模型對應的坐標；
[0025]b)、當j為I時，將(X，Y)代入到式I中，可得到Q11H;
[0026]當j為2時，將(X，Y)代入到式I中，可得到Q21H;
[0027]......[0028]當j為9時，將(X，Y)代入到式I中，可得到Q91H ;
[0029]C)、利用式2得到未知參數K值，其中式2中z為已知高程異常的數據點對應的高程異常；
【權利要求】
1.一種基於大地水準面模型測量水準高差的方法，其特徵在於，它包括以下步驟: 1)、在待測量區域選取多個控制點，多個控制點連成多個閉合環，其中首端閉合環的首端控制點與末端閉合環的末端控制點為已知高程的控制點； 2)、利用EGM2008全球大地水準面模型或省域似大地水準面模型，計算各個控制點的高程異常； 3)、將相鄰控制點的高程異常相減，即可得到相鄰控制點的高程異常差； 4)、通過GNSS測量技術，得到各個控制點的大地高，將相鄰控制點的大地高相減，即可得到相鄰控制點的大地高差； 5)、將上述得到的相鄰控制點的大地高差減去高程異常差，即得到相鄰控制點的水準聞差。
2.根據權利要求1所述的基於大地水準面模型測量水準高差的方法，其特徵在於:步驟2)中，採用鄰域9點法計算各個控制點的高程異常。
3.根據權利要求2所述的基於大地水準面模型測量水準高差的方法，其特徵在於，採用鄰域9點法計算各個控制點的高程異常的步驟為: a)、選取任一控制點，以該控制點為中心，選取該控制點鄰域方格的9個已知高程異常的數據點，構成核函數:
Qj= [ (X-Xj) 2+ (Y-Yj) 2+0.8] ?.5 (式 I) 其中，(XjjYj)為第j個已知高程異常的數據點在EGM2008全球大地水準面模型或省域似大地水準面模型的坐標，(X，Y)為9個已知高程異常的數據點在EGM2008全球大地水準面模型或省域似大地水準面模型對應的坐標； b)、當j為I時，將(X,Y)代入到式I中，可得到Qn、Q12…Q19; 當j為2時，將(X, Y)代入到式I中，可得到Q21、Q22…Q29; 當j為9時，將(X，Y)代入到式I中，可得到Q91、Q92…Q99 ； C)、利用式2得到未知參數K值，其中式2中z為已知高程異常的數據點對應的高程異常，類似a)、b)兩個步驟,計算QP1、Qf Qp9 ；
4.根據權利要求1所述的基於大地水準面模型測量水準高差的方法，其特徵在於:所述控制點的選取滿足GNSS靜態定位測量要求，控制點之間的間距為5~8km。
5.根據權利要求1所述的基於大地水準面模型測量水準高差的方法，其特徵在於:所述構成閉合環 的控制點數量為3至6個。
【文檔編號】G01C5/00GK103727920SQ201310738247
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】邸國輝 申請人:湖北省水利水電規劃勘測設計院