GPS水准精细高程丈量要害技能

　　【摘要】关于GPS水准精细高程丈量来说，影响其作用的要素首要有：对流层折射和GPS高程转化，所以，本文在剖析GPS水准精细高程丈量原理的根底上，对这两个要害打开了剖析，一起，还剖析了影响GPS高程丈量精度的要素，以期不断进步GPS水准精细高程丈量的水平。

　　现在，国内外关于GPS水准精细高程丈量的研讨越来越多，进步GPS高程丈量的精度是当下研讨的首要方针。因而，剖析GPS水准精度丈量的要害技能的一起，应该注重研讨影响精度的要素，这样才能够不不断进步丈量的水平缓质量，进步丈量精度。所以，研讨GPS水准精细高程丈量要害技能是为了往后能够更好的运用GPS奠定根底。

　　水准丈量的原理是运用水准仪供给的一条水平视野，测出两地面点之间的高差，然后依据已知点的高程和高差，推算出另一个点的高程。

　　已知地面上A点的高程为HA，欲测定B点的高程HB，需求先测出A、B两点间的高差hAB，为此在A、B之间安顿一台水准仪，再在A、B两点上各竖立一根水准尺。依据仪器的水平视野，别离读取A、B尺上的读数a和b，则B点关于A点的高差为：

　　GPS定位体系中卫星的方位准确可知，在GPS观测中，咱们可得到卫星到接收机的距离，运用三维坐标中的距离公式，运用3颗卫星，就能够组成3个方程式，解出观测点的方位。运用GPS丈量所得到的高程值是在WGS-84椭球上的大地高，而水准丈量是以水准原点为基准相关于均匀海平面的海进步。因为地球内部质量散布不均匀，大地水准面与参阅椭球面之间存在着不同的差异，称之为大地水准面崎岖。要从椭球高得到海进步，就需求运用数学模型把椭球高转化成海进步。这些数学模型有直接法，拟合法，修正法，参差最小法等。

　　GPS观测的精度显着高于一般惯例丈量，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1×106，在大于1000km的基线

　　GPS丈量不需求测站间相互通视，可依据实践需求确定点位，使得选点作业愈加灵敏便利。

　　跟着GPS丈量技能的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS丈量时，静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对定位仅需几秒钟。

　　现在GPS接收机主动化测度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行主动观测和记载。

　　GPS卫星数目多，且散布均匀，可确保在任何时刻、任何地址接连进行观测，一般不受天气状况的影响。

　　GPS丈量可一起准确丈量测站点的三维坐标，且其坐标可所以多样化的，可所以全球一致的坐标，也能够选用54坐标和80坐标，还能够选用自定义的独立坐标系。高程则是大地高。

　　大气对GPS信号的折射是影响高精度GPS平面相对定位及笔直方向测值重复性的重要要素之一,其间电离层折射的影响经过改正模型、运用双频接收机进行改正,以及经过双差观测值得到有用消除,对GPS平面相对定位的影响已很小。而对流层折射的影响,一方面改正模型的精度不高,另一方面在双差观测值中不能得到有用消除,因而,近几年来,进步GPS网精度(尤其是GPS高程丈量精度)的首要研讨作业会集于对流层折射的改正办法上。因为对流层中的物质散布在时刻和空间上具有显着的随机性,因而对流层折射推迟亦具有较大的随机性。实践上,对流层折射的影响是由枯燥气体和水蒸气发生的影响一起组成的。研讨标明,枯燥气体引起的差错,约占总推迟量的80%,这一部分影响量可经过模型改正得到较好的消除,经改正后差错仅为1%。水蒸气引起的差错约占总推迟量的20%,湿重量Qw折射不稳定,湿气推迟很杂乱,影响要素较多。因而,怎么选用更准确有用的办法模仿核算湿重量成为进步GPS高程丈量精度的要害。对此,一些学者研讨了依据随机进程理论的比较便利且有用的对流层折射模型改正办法,即在平差进程中选用附加不知道参数的办法。

　　单参数办法假定每个测站天顶方向的对流层折射的模型改正值与实践折射量之间存在一常数误差Pk(k表明测站序号)。

　　天顶方向的湿重量折射改变规则能够用一阶高斯马尔可夫进程模仿.接连的一阶高斯马尔可夫进程的状况方程为

　　式中:——随机进程的相关时刻；W(t)——方差为的零均值高斯白噪声.在随机进程办法中,和是依据状况参数的先验信息预先给出的,这2个参数的取值对模仿成果有必定影响。

　　随机进程的分段线性办法是在每个观测历元上都设有一个状况不知道数,可是,不知道参数太多会影响解的牢靠度,因而,能够考虑每隔必定的历元距离k取一个状况不知道数,并假定在这2个观测历元之间的历元上,测站天顶方向的对流层折射随时刻线性改变。挑选恰当的参数个数(即决议每隔多长时刻距离附加一个参数)是随机进程分段线性办法的要害。

　　由GPS平面相对定位的基线向量,能够得到高精度的大地高差.经平差可得GPS点相关于WGSO84参阅椭球体的大地高HGPS.而我国选用的是正常高体系,因而,在工程运用中应将GPS丈量所得的大地高转化为正常高.一般来说,转化GPS高程的办法有:运用重力丈量办法求高程反常值办法、数学模型拟合法、平差转化法、联合平差法、神经网络办法等.

　　数学模型拟合法的核算思路是,在某一区域内,如果有必定数量的已知水准点(正常高已知),则能够在这些已知高程的水准点上施测GPS,那么,每点的大地高和正常高均已知,该点的高程反常值就可经过核算

　　然后,再用一个函数来模仿该区域的似大地水准面高度(区域高程反常改变状况),这样就能够用数学内插的办法求解区域内任一点的高程反常值。依据数学模型的不同,数学模型拟合法又分为加权均匀法、多面函数法、平面拟合法、二次曲面拟合法等。

　　1、大气对GPS信号的折射是影响高精度GPS平面相对定位及笔直方向精度的重要要素之一。其间电离层折射的影响可经过改正模型进行改正,也能够运用双频接收机进行双频改正,还能够运用站际、星际二次差分观测值(简称双差)来有用消除,因而大气折射对GPS平面相对定位的影响较小。而关于对流层折射影响,一方面是改正模型的精度不够高；另一方面是在双差观测值中不能得到有用消除。由此可见,进步GPS网的精度已会集到进步GPS高程丈量的精度上。

　　因为对流层中的物质在时刻上和空间上的散布具有极大的随机性,这造成了对流层发生的折射推迟也具有较大的随机性。而实践上对流层折射影响是由枯燥气体和水蒸气所发生的影响一起组成的。

　　现在对流层折射改正模型遍及选用Hopfield模型和Saastamoinen模型等,这些模型都只考虑了测站的大气压、湿气压、温度、测站高以及测站纬度等,因为测站气候元素并不能很好地表征传达途径上的气候条件,因而改正模型并不能很好地模仿出实践的对流层折射影响,尤其是湿重量的影响。

　　2、因区域性似大地水准面自身丈量精度的影响,GPS丈量的大地高在向正常高转化进程中,精度遭到较大丢失。

　　综上所述，影响GPS水准精细高程丈量的精度的要素首要是对流层折射，针对这个首要的影响，在往后运用GPS水准精细高程丈量的进程中，要注重对流层折射对丈量的影响，此外，关于其他可能对丈量精度发生影响的要素也要打开进一步的研讨，尽量防止外界要素对丈量工程发生的不良影响，然后不断进步丈量精度。

　　[1]葛茂荣.GPS卫星精细定轨理论及软件研讨[D].武汉:武汉测绘科技大学,2009.

　　[2]徐绍铨,张华海,杨志强,等.GPS丈量原理及运用.修订版,2010.

　　[3]魏二虎．GPS丈量操作与数据处理.武汉：武汉大学出版社，2010．