毕业设计论文-GPS在莆田市荔城区地形图控制网布设中的应用.docx

资源工程学院毕业论文题 目:GPS在莆田荔城区地形图控制网布设中的应用 专 业： 测绘工程 班 级： 12级测绘工程 学 号： 二0一六年六月三日GPS在莆田市荔城区地形图控制网布设中的应用【摘要】随着社会的不断发展，GPS技术的也发生了一次革命性的变化，在测量中得到了广泛的应用。与传统的方法相比，全球定位系统不仅在布局方案，而且在调整模型中也有许多不同的地方。所以，依据GPS的原理和作业特点制定GPS的布网计划，对提高作业成果的质量、提高外业测量的精度、提高作业的效率等都具有重大的意旨。文章着力于莆田市荔城区地形图控途客中国（虹桥枢纽国家会展中心店）、误差分析、成果检验等过程，论述了GPS定位技术在区域性控制网中的应用。【关键字】GPS控制网；基线解算；水准高程目录1.绪论11.1引言：11.2 GPS技术做控制网布设现状11.3本文研究的主要内容12.GPS技术的简介12.1 GPS技术发展12.2 GPS系统构成22.3 GPS定位原理32.4 GPS技术误差分析33.GPS网的网型设计及原则43.1 GPS网的布设形式43.2 GPS网布设的一般原则54.GPS在莆田市荔城区地形图控制网布设中的应用实例64.1 测区概况、测量依据和技术要求64.2 GPS控制网的基准的选择64.3选点、埋石、编号74.3.1选点工作应遵守如下原则74.3.2点位编号74.4 GPS网的布设和分析74.5静态GPS实际观测94.6 内业数据处理94.6.1 基线向量的解算94.6.2 GPS网平差124.7 GPS高程网建立和分析144.7.1 GPS求解水准点的基本概念144.7.2 GPS求解水准点的方法155、结束语16参考文献17致谢语191 绪论1.1引言随着我国城乡建设的加速发展，城乡一体化进程的不断加快，城乡用地迅速扩展，因此急需为其提供精确的地形图，实现安全与精确的生产和生活，同时满足数字地形图数据库及数字地籍图数据库更新维护的需要。然而，进行复杂及精度要求高的繁重测量和控制工作前，在GPS没有传播到测量和控制领域，测量工作主要依靠测距仪、经纬仪等测量仪器，费时耗力。GPS技术凭借具备的效率高、精度高和自动化显著优点，普遍的被使用在地形控制测量中。研究GPS技术在城市地形图控制网布设中的运用，提高对GPS技术定位的认识，促进GPS技术的发展具有极大的研究意义。1.2 GPS技术做控制网布设现状 GPS控制网布设能全天候作业、高精度定位、快速观测,被广泛应用于测绘领域。在传统的地形图测量中，主要利用精度很高的测距仪和全站仪，布设精度满足的测量控制网，这种方法只限于小区域、地形平坦且控制点之间通视良好的情况。在一些区域广、地形复杂、天气等一些外界因素的影响下，因为测量技术水平不高、点与点之间必须没有任何障碍物、且点与点的距离限制的要求特别高，测量精度难以控制。随着GPS的不断发展，GPS技术广泛用于航空、测量、土地和其他部门。GPS控制网不仅能提供较高的平面控制精度,同时也能提供精度很高的的高程数据，逐步替代了常规地面定位技术。GPS控制网的发展，目前常用在控制测量，工程变形监测，精密工程测量中，利用控制网布设城市地形图的GPS技术的研究，是未来的发展趋势。1.3本文研究的主要内容本文首先阐述GPS技术做控制网的组成、定位原理等。紧接着以莆田荔城地区地形图控制网布设为例，深入分析和探讨GPS网的网型设计、误差分析，成果检验，从而对GPS控制网的布设有更好的认识和了解。2 GPS技术简介2.1 GPS技术发展卫星定位技术是人造地球卫星的点测量技术的使用。1958年，美国海军和詹斯霍普金斯大学试验室为核潜艇研制全球的导航，动手研制一种卫星导航系统，简称NNSS，即为美国海军导航卫星系统；1965，苏联建立了一个卫星导航系统，即CICADA。然而这2个均存卫星数少、不能随时提供数据等明显的缺陷。为满足军事及民用领域需要，一九七三年，美国国防部着手开发新的导航体系全球定位系统，简称GPS。依据卫星为基础的该系统，具备控制点间不要通视，定位精度高，操作简单，能全天候工作等优点。为了加快GPS技术产业的发展，1998年美国开始了对定位系统进行现代化，即采取措施防止敌方和黑客的干预，增强军用信号的强度；提高全球定位系统导航定位精度，一般采用军用渠道和民间渠道完全拆分，增加2个民间渠道。近年来，中国的全球定位技术也得到了快速发展。我国研制的北斗导航定位体系，是全世界第四个卫星导航定位体系。北斗系统包含了实验系统和定位系统，目前已经发射了四颗测试卫星和十六颗定位卫星，其原理、精度、范围等和别的导航系统逐渐接轨。“北斗一号”定位服务已覆盖亚太地区，预计将于2020建成覆盖全球的卫星导航。12.2 GPS系统构成 GPS系统由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三大部分构成1： 图2-1 GPS系统的组成空间星座部分GPS卫星空间部分：图2-2包含24颗GPS卫星，此中有21颗日常工作卫星和3颗为紧急备用卫星。它们依照必定密度分布6个轨道面倾角为55平面上，卫星离地的平均高度约为2.02万千米，绕地球一圈时间为11小时58分GPS地面控制部分：GPS大地控制部分包括1个主控站、3个注入站、5个监测站。主控站通过对接收监测站的观测数据进行分析，计算出卫星位置和时间参数，送入注入站，由注入站发送卫星存储器中。 用户部分：主要用于接收卫星发射的信号，经常使用的配置包含各种GPS接收机和用到的处理软件，对信号进行互换。得到测量数据，把数据输入到软件中，经基线解算，平差得出地面点的坐标。 2.3 GPS定位原理从原理上理解，GPS定位就是空间距离交会确定待定点空间坐标，利用GPS在空间分布的卫星和设置接收机(基准站)位置的地面点距离关系所求得的。在求解待定点的空间位置时，接收机钟差t为保证所求精度的关键之一，因此在求待定点时接收机钟差t也为重要参数。在地面待定点位置安置接收机，在同一时间接收4颗以上GPS卫星有效的信号。设地面接收机位置为未知数，通过已知的地面基站点的位置和空间卫星瞬时位置，根据距离关系建立关系式，此种方法就是利用距离交会解算接收机位置以及接收机钟差t。图2-3GPS定位原理如图2-3，设时刻在测站点P用GPS接收机同时测得P点至四颗GPS卫星S1、S2、S3、S4的时间间隔分别为1、2、3、4。通过GPS卫星电文可以翻译出四颗GPS卫星的瞬时三维坐标，利用距离交会法建立P点三维坐标的观测方程：12=X-X12+Y-Y12+Z-Z12-ct22=X-X22+Y-Y22+Z-Z22-ct32=X-X32+Y-Y32+Z-Z32-ct42=X-X42+Y-Y42+Z-Z42-ct在上面的公式c是光的速度，而t是接收时钟误差。其中：X1，Y1，Z1为点的空间直角坐标；X2，Y2，Z2为2点的空间直角坐标X3，Y3，Z3为3点的空间直角坐标；X4，Y4，Z4为4点的空间直角坐标。对于式中所求的坐标以及接收机钟差t的精度提高包括：提高卫星与接收站距离观测精度；观测卫星数尽量多，可以进行平差处理。2.4 GPS技术误差分析全球定位系统误差的主要来源有：卫星自身的原因误差、卫星信号传播的误差、接收端的接收误差等。具体影响分类和影响程度如表2-1所示：表2-1误差来源误差分类对距离测量的影响 /mGPS卫星卫星星历误差；卫星钟误差；相对论效应1.515信号传播电离层折射误差；对流层折射误差； 多路径效应1.515接收设备接收机钟误差；接收机位置误差；天线相位中心变化1.515其他影响 地球潮汐; 负荷潮1.03 GPS网的布设形式及设计原则3.1 GPS网的布设形式根据用途，GPS网的布设形式可以分为三种基本形式：1.三角网和星型网如图3-1所示，三角网的边是由观测异步边组成。优点：网的几何、结构性强，每三个相邻点都组成三角形，这样有很好的检查能力，容易发现粗差，提高网的可靠性，经平差后相邻点的基线精度分布均匀；缺点：观测量大。在项目要求可靠性和精度要求高时才被应用。图 3-1 三角网星形网如图3-2所示。优点：简单、快捷；缺点：没有构成任何的自检，粗差发现能力很差。主要应用于边界测量等。图3-2 星形网2.环形网环形网由若干条独立观测边组成的闭合网，如图 3-3所示。优点：需要的量观测少，自检性好、可靠性高；缺点：不同时观测基线边精度低，不均匀的基线分布，缺少三角网几何、结构强度。由于环形网的可靠性和精度与环中的基线条数有关，所以各个等级的控制网都有规定，如表 2-2 闭合环基线边数的限值： 表2-2闭合环基线边数的限值类级ABC闭合环中的边数81012图 3-3 环形网3.附和线路网GPS布设控制点也可以和传统的方法一样设计附和线路，如图3-3。与传统测量方法不一样的是，为保证可靠性和精度，其边数有严格的控制，按其等级有明确规定。表2-3附和路线边数规定 级别 A B C D E附和路线边数 5 6 6 8 10 图3-4 附合线路随着GPS技术的发展，网型的布设形式也不断变化。每种网都有优缺点，按实际须要选择一种经济、高效的布网尤为重要。其图形设计主要决定于所在的地形、经费、控制网的等级、所用的仪器、人力时间等。3.2 GPS网布设的设计原则2 GPS技术的不断发展，其布网形式发生了很大的不同。每种网都有其优缺点，按项目的要求选择一种经济、高效的布网显得非常的重要。GPS网的图形设计与传统的控制测量差距很大，传统测量对图形设计要求比较很高，GPS对点与点之间的距离要求不高，而且不通视也没关系。GPS网的网形的设计主要取决于周围的地形、交通、控制网的等级、所用的仪器、人力等。(1) “一步一步检核”GPS网中不能有不构成闭合图形的自由基线。这减少了粗差出现的概率。 (2)GPS布网时，要有在该站上进行大于两次观测的原则。这样形成的网可靠性和精度有很大的提高。(3)GPS网的闭合基线不是越多越好，这样不容易发现粗差。网中各控制点有三条基线分支为宜，确保可靠性，提高精度。(4) 为了更好的实现（WGS-84坐标系）与大地坐标系的转换，理论上要求两个高精度的平面已知点，在实际操作中一般要求在3-5个已知点和GPS网点重合。同时需要足够的高精度水准点与GPS网点重合。(5)布设GPS点位时，为了不受多路径效应的影响，GPS点应布设在宽阔，附近建筑以及地形较低地区。4 GPS在莆田市荔城区地形图控制网布设中的应用实例4.1测区概况、测量依据和技术要求3 所调查地区概况：莆田市荔城区位于市东南部，位于莆田市中心区，东经1184911939，北纬24592546。城区基础设施完善，测区内经济发达，道路呈网状;人口密集，居民地密布。测区内交通道路街巷四通八达，十分便利。当地气候属亚热带海洋性季风气候，冬暖夏凉。 测量依据:（1）城市测量规范，CJJ 899；（2）全球定位系统（GPS）测量规范， GB/T 18314-2009；（3）国家三、四等水准测量规范，GB/T 12898-2009；（4）国家大地测量基本技术规定，GB 22021-2008；（5）全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范，CH/T2009-2010；（6）根据甲方技术要求书编制的并经甲方审批的本项目技术设计书 。技术要求：1.控制网平面坐标系统采用1980西安坐标系，中央子午线L0120，采用莆田市国土资源局2005年施测的高精度三维控制网进行发展加密。2.高程控制网由委托方提供的高等级控制点水准测量成果数据和莆田市似大地水准面精化成果，成果为1985国家高程基准，可用于本测区高程起算。4.2 GPS控制网的基准的选择 GPS在做静态控制测量中，基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。在理论上位置基准要求在已知点多于两个，在这边采用三个已知C级GPS点408P、409P、424P作为基准进行布网。由于所在的测区的面积较大，布网时选择点位基准方法来解算。控制点成果表如下表3-1、3-2。表4-1已知点成果表(西安80坐标)点号X(m)Y(m)H(m)备注起算数据408P2862462.635394024.26834.926水准高程平面、高程409P2864247.361406884.33717.633水准高程平面、高程424P2855396.312386855.267113.522水准高程平面、高程 点号X(m)Y(m)H(m)备注起算数据408P2862513.903394066.20934.926水准高程平面、高程409P2864298.567406926.14217.633水准高程平面、高程424P2855447.682386897.264113.522水准高程平面、高程表4-2点成果表(北京54坐标)4.3 选点、埋石、编号 4.3.1选点工作应遵守如下原则4： 1GPS点位应设于利于安装仪器，视线开阔的地方，并且点位目标要显明。 2点位不能布设在大功率无线电发射源附近。3点位周围不应有大面积水域，对卫星信号接收强烈干扰的物体，减少多路径效应。 4网点均应确保至少与一个邻近网点通视，而且点位容易保存。 5测量选点人员应按技术设计进行踏勘，按要求实地选点定位。（2）标石埋设原则5：1在水泥路面，切割成方形框架20cm20cm，0.5厘米的沟槽深度的边缘，0.5厘米宽，镶嵌在标志的中心，与混凝土紧固；标志面和路面平，钢筋顶部不能高出地面很多。2在沥青路面铺设20cm20cm，凿成方形，凿到路基碎石深度、清理杂土、灌混凝土嵌入标志。3在岩石表面铺设时，选用浇灌岩标法，为15cm25cm10cm的混凝土标石规格。4在房顶埋设时，应为15cm25cm10cm的标石规格。将屋顶的接触面弄毛，再打入3颗左右钉子清理干净。5土壤中的地面铺设，为12cm20cm60cm标准规格的混凝土现场浇筑的标石，或提前做好。4.3.2 点位编号本项目控制点编号选用线分类法，代码由8个字母和数字构成。代码结构由四段组成，即“地区(第1位)年代(第2、3位)等级(第4位)序号(第5、6、7、8位)”。4.4 GPS控制网的布设和分析按项目和计划的要求，这次做的GPS静态控制点，主要是在C级GPS控制点基础上布设D级GPS控制点。结合实地的勘测，预设布设13个点。采用三角网布网形式来完成这次的控制网布设任务。本控制网平面控制利用C级GPS点408P、409P、424P为起算数据。起算数据为1954年北京坐标系和控制点成果为和1980西安坐标系，中央子午线为120度，3带高斯平面直角坐标。高程控制通过HDS2003软件提供的高程拟和程序模块计算出其它控制点的GPS高程。起算数据和控制点结果同为1985国家高程基准。外业数据采集使用6台套中海达HD8200G接收机进行观测，每个同步环观测的时间均大于60分钟，同时观测和独立观测，观测的各新控制点和已知点形成相互形成的同步环、异步环，及同步基线、独立基线。基线预处理和基线向量网平差采用的软件是中海达公司的HDS2003软件。GPS控制网布设同样遵循由高级到低级的原则，测量控制网的精度等级都是根据观测测量的中误差来划分的。GPS测量规范将基线向量网分成了A、B、C、D、E五个级别，下图是我国GPS测量规范的等级相关内容。GPS网的精度指标，通常是以网中相邻点之间的距离误差来表示的，其具体形式为6： 其中， ：网中相邻点间的距离中误差(mm)； ：固定误差(mm)； ：比例误差(ppm7)； ：相邻点间的距离(km)。 对于不同等级的GPS网，有下列的精度要求：表 4-4测量分类固定误差(mm)比例误差(ppm)相邻点距离(km)AAA50.11002000B8115250C105540D1010215E1020110 A级网一般用于国家框架网、区域动力学网；B级网一般用于国家大地控制网或地方框架网；C级网一般用于地方控制网和工程控制网；D级网为工程控制网；E级网为测图网。AA级精度要求由美国联邦大地测量分管委员会在1988年公布，此等级的网一般为全球性的坐标框架。表 4-5 GPS网的主要技术要求等级平均距离（Km）a(mm)b(110-6)最弱边相对中误差二等91021/120000三等51051/80000四等210101/45000一级110101/20000二级=15度 B 有效观测卫星数 =4 C 时段中任一卫星有效观测时间=15（min） D 平均重复设站数 ：=1.6 E 时段长度 ：=60（min） F 数据采样间隔 15（s） G 强度因子PDOP 6 （2）观测作业 脚架放置稳固，并对中整平，安置好测量仪器。 量取天线高 打开接收机电源，接收机跟踪大于4颗以上卫星时，卫星指示灯慢闪；打开数据记录灯；此时开始记录数据。 认真填写外业记录表 结束测量时，先关闭数据记录灯，再关闭接收机电源。4.6 内业数据处理GPS接收机采集记录的是GPS接收天线至卫星伪距，载波相位和卫星星历等数据。数据处理的基本流程为：数据采集数据传输预处理基线解算GPS网平差8。4.6.1 基线向量的解算9 基线处理的目的是为了减小野外观测中由于外界环境影响而造成的误差，主要流程为：原始观测数据的读入；外业数据的检查和修改；设定解算的参数；基线的解算；基线质量的查验；基线处理报告。基线向量解算采用中海达公司的HDS2003软件软件进行预处理，解算时按软件缺省设置(卫星截至高度角为15度，星历采用广播星历，解算类型为固定，基线最少观测时间为120秒等)进行。当基线求得固定双差解后就进行环闭合差自检，若只求得双差浮动解，其整周待定值不确定，则应重新野外采集数据。闭合环自检共对13个点解算的基线边进行同、异步环闭合差计算。 基线处理的步骤中，对于基线的一些人为处理，提高基线的质量步骤如下：步骤一、通过“基线处理设置”，增大或减小数据采样间隔或卫星的截止角，其他为默认，当采集的数据时间较长时，比如两个小时以上的可以把采样间隔加大，对于卫星数据较多，可以适当增大截止角。然后再单独处理一下这条基线,如图图3-4基线处理一。图4-2基线处理一步骤二、通过“静态基线”-“处理全部基线”或工具栏“处理全部基线”，需要说明的是处理操作在一般在“基线-列表-解算”组合下进行，方便查看每条基线的详细信息。在对话框中有各条解算基线的名称、基线解算的进度、以及各条基线解算的信息。基线解算以多线程方式在后台运行的。在运行过程中，在计算区中点击右键，弹出菜单中可选择“停止”，从而停止基线的解算。 图4-3处理全部基线基线解算完后，将在计算窗口得到基线解的结果。如下图（4-4）所示： 图4-4 如果在基线结算图中出现警告信息，双击警告信息就可以在列表中显示是对应基线。 步骤三、删除不好的数据，右击基线，出现,在里删除不好的数据或者时间比较短的数据，确定后，然后再单独处理这条基线，如图4-5基线处理二：图4-5基线处理二 步骤四、对于各别基线如果怎么处理都不能大于3时，可以不让其参与基线处理及网平差，具体操作是，右击基线属性把”参与基线处理及网平差”的复选框勾掉，如图4-6 基线处理三：图4-6 基线处理三基线解算总体结果如下表所示：表4-6相对误差最大值 环型基线Ratio中误差 (m)X 增量Y 增量Z 增量距离同步环CQ05CQ08.353199.9-1152.5920-1152.5920-242.9538-774.80871409.9091408PCQ05.353199.9541.5361541.5361238.1140311.9721668.7946408PCQ08.353199.9-611.0706-611.0706-4.8215-462.8292766.5777相对误差= 8.66ppmWs= 0.0246=-0.0147= 0.0183= 0.00752845.2742 表4-7相对误差最大值环型基线Ratio中误差 (m)X 增量Y 增量Z 增量距离异步环424PCQ09.353173.80.0071-5291.8970-6626.99296687.359410800.0919424PCQ01.353124.10.0084-2149.1793-7849.482212034.960014528.3724CQ01CQ05.353199.90.0101-1997.47241871.0699-5344.71616004.7305CQ05CQ09.353199.90.0087-1145.2102-648.6150-2.91701316.1369相对误差= 8.66ppmWs= 0.0246= 0.0351=-0.0345=-0.032532649.3318表4-8 绝对误差最大值 环型基线Ratio中误差 (m)X 增量Y 增量Z 增量距离同步环CQ01CQ05.353199.90.0101-1997.47241871.0699-5344.71616004.7305424PCQ01.353124.10.0084-2149.1793-7849.482212034.960014528.3724424PCQ05.353151.00.0123-4146.6778-5978.38276690.27249884.1156相对误差= 1.60ppmWs= 0.0487=-0.00261= 0.0296= 0.028530417.2186 表4-9 绝对误差最大值 环型基线Ratio中误差 (m)X 增量Y 增量Z 增量距离异步环424PCQ11.353175.70.0067-7382.2560-7214.04925585.049211736.1068424PCQ01.353124.10.0084-2149.1793-7849.482212034.960014528.3724CQ01CQ05.35319990.0101-1997.47241871.0699-5344.71616004.7305CQ05CQ011.353199.90.0084-3235.5692-1235.6724-1104.93843635.4656相对误差= 1.65ppmWs= 0.0593= 0.0351=-0.0355=-0.035555904.6854（2）基线处理后查看闭合环检核 在处理出来的若干同步环、异步环的边形成的基线，这些基线构成的三角形、闭合环、附和线路等要符合相应的等级精度要求。在基线处理后各项值都符合规范，再继续接下来的GPS网的平差工作。4.6.2 GPS网平差 基线向量解算结束后即可进行GPS网平差处理。最先进行自由网平差，基线向量网的自由网平差在WGS-84坐标系中进行。用中海达平差软件中的过滤器挑选出那些可以进行平差处理的观测值，然后进行平差处理。根据平差结果并未发现网中有含粗差的基线，网中基线质量均符合要求8。具体软件操作界面如下：(1) 基准点的数据输入: 如图4-7，在观测站点里：右击属性，点击“已知点坐标”,选择“固定方式”，如XY、XY.图4-7二维约束平差 网平差设置:如图4-8，在“网平差”-”网平差设置”，根据具体情况选择三维平差、二维平差、水准高程拟合，如果中央子午线需要改，就在”重置中央子午线“，重新输入改正后的中央子午线，注意度分秒要用”：“分开，比如106度30分就输成 106：30，其他的如自由网平差，二维平差设置，高程拟合方案等都可以默认。图4-8网平差设置(3) 网平差:如图4-9在“网平差”里点击“进行网平差”，就会弹出下图窗口，点击“确定”，然后点击“成果”成果报告“，查看平差成果，平差报告会已网页的形式打开。图4-9平差报告表4-10最终平差后的点位坐标及精度序号点名xx中误差(m)误差椭圆中误差 (m)中误差 (m)E(m)F(m)ET(D:M:S)1408P2862462.6350394024.2680*2409P2864247.3610406884.3370*3424P2855396.3120386855.2670* 4CQO12868724.1654392642.87930.00950.00760.0058148：19：220.00710.00645CQ022867783.8772392399.89800.00940.00730.0058147：01：030.00690.00636CQ032866403，2088392174.42640.01220.00960.007667：19：410.00790.00937CQ042863681.9895392502.77040.00870.00640.005930：22：090.00630.00618CQ052862771.5365393437.54670.00800.00620.0051154：50：270.00600.00539CQ062862978.5886392252.98920.00800.00590.0054166：52：510.00580.005510CQ072860460.5315392720.01820.00510,00410.0031174:06:450.00400.003111CQ082861914.6213394557.02990.00390.00310.002425:10:290.00300.002512CQ092862764.1576394753.75140.00400.00320.002524:46:420.00310.002613CQ102860138.2045396771.60550.0040000300.002612:00:180.00300.002614CQ112861538.2192396857.58400.00400.0030000272:21:400.00300.002715CQ122863018.7607399266.4500000590.00460.0037123:29:580.00400.004416CQ132863062.9224400837.56100.00520.00380.003624:35:150.00380.0036表4-11最弱点平面中误差 序号点名xy中误差(m)误差椭圆中误差 (m)中误差 (m)E(m)F(m)ET(D:M:S)6CQ032866403.2088392174.42640.01220.0096 0.0076 67:19:410.00790.0093从以上表中可得：最弱点点位误差: 1.221cm最弱边相对误差： 1/24684最弱点点位误差: 0.693cm最弱边相对误差： 1/55297 各方面的误差均满足精度要求。4.7GPS高程网建立和分析4.7.1 GPS求解水准点的基本概念以参考椭球面为基准面的高程系统是大地高系统。它是该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离，一般用符号H表示。以似大地水准面为基准的高程系统是正常高系统。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10。通过GPS相对定位得到的三维基线向量，经过GPS网平差，可以得到高精度的的大地高差。控制网中有高精度的的WGS-84大地坐标系的大地高程，通过GPS网平差后，便可以准确的求得GPS点的WGS-84大地高H。理论上，在GPS控制网中，若知道一个点在正常高程系统下的高程，就可以通过GPS网平差求得全网各点在正常高坐标系下的高程，但是在实际测量中仅采用3-5个便以观测的高级别点，这样就可以剔除粗差，提高精度。然而，在实践中，地面每个点的高程采用正常高系统，如果表示似大地水准面到椭球之间的高度差，即高度异常。如果我们知道每一个GPS点异常高程，由每个GPS点的大地高H 解求到每个点的正常高。如图4-10所示则大地高，正常高，高程异常的关系式如下：H=H- 或 =H-H图4-10大地高与正常高的关系4.7.2 GPS求解水准点的方法GPS测量得到的是WGS84坐标系下的大地高高程，而一般国家地面水准所用的高程数据，即是正常高高程，两者之间便有着高程异常，可以通过拟合的方式进行高程异常的结算，因此，使用时用大地高取代正常高。通过水准连测以求得各个GPS点的正常高程，可以得到每个点的异常高程，然后通过数学插值方法找到GPS网中任意一点的异常高程，从而求出GPS点的正常高。数学内插模型有加权平均法、多面函数法、曲面拟合法。这次工程采用的是曲面拟合法求解各点的水准高程。曲面拟合法，是在一定范围内把计算出的在参考托球面高程加上高程异常值，把高程异常值在一点范围内看做不变（指小范围）。本工程采用二次曲面函数对高程异常进行曲面拟合。进行曲面拟合要注意点： 1、选择合适的高程异常已知点。2、 高程异常已知点的数量二次多项式要确定6个参数，因此需要6个以上的已知点。3、分区拟合法。 表4-12 测量成果表：已知点成果表(西安80坐标)点号X(m)Y(m)H(m)备注起算数据408P2862462.635394024.26834.926水准高程平面、高程409P2864247.361406884.33717.633水准高程平面、高程424P2855396.312386855.267113.522水准高程平面、高程表4-13已知点成果表(北京54坐标)点号X(m)Y(m)H(m)备注起算数据408P2862513.903394066.20934.926水准高程平面、高程409P2864298.567406926.14217.633水准高程平面、高程424P2855447.682386897.264113.522水准高程平面、高程点号X(m)Y(m)H(m)备注CQ012868724.165392642.879114.950拟合高程CQ 022867783.877392399.898118.130拟合高程CQ 032866403.209392174.42688.066拟合高程CQ 042863681.990392502.77086.907拟合高程CQ 052862771.536393437.547122.784拟合高程CQ 062862978.589392252.98964.911拟合高程CQ 072860460.532392720.018129.082拟合高程CQ 082861914.621394557.03095.301拟合高程CQ 092862764.158394753.751109.457拟合高程CQ 102860138.204396771.606151.304拟合高程CQ 112861538.219396857.58477.190拟合高程CQ 122863018.761399266.45059.328拟合高程CQ 132863062.922400837.56164.563拟合高程表4-14控制点成果表(西安80坐标) 点号X(m)Y(m)H(m)备注CQ012868775.370392684.857114.950拟合高程CQ 022867835.093392441.875118.130拟合高程CQ 032866454.440392216.40188.066拟合高程CQ 042863733.250392544.73286.907拟合高程CQ 052862822.803393479.495122.784拟合高程CQ 062863029.857392294.95264.911拟合高程CQ 072860511.826392761.967129.082拟合高程CQ 082861965.894394598.96395.301拟合高程CQ 092862815.420394795.685109.457拟合高程CQ 102860189.489396813.508151.304拟合高程CQ 112861589.488396899.49177.190拟合高程CQ 122863070.005399308.33559.328拟合高程CQ 132863114.161400879.42964.563拟合高程表4-15控制点成果表(北京54坐标)5 结束语 莆田市荔城区D级GPS控制测量从布设、测量到最后计算出成果只用了三天时间，在精度方面也满足了技术设计书要求，本次GPS控制测量以高速度、高效率为经济建设节约了大量经费。 (1) GPS 测量技术的精度及其高。测量时不受距离的限制，全天候、高效率性工作完全没有问题。(2)GPS测量大大提高的测量结果的质量。它几乎不受人为因素的影响。所有的测量过程包括微电子技术，计算机控制技术，自动记录，自动数据预处理，自动调整计算。 (3) GPS 测量可以降低外业测量作业的强度,克服了人工测量效率低下的处境。(4)GPS 高程测量的精度很高,高程测量是GPS测量应用的重要领域。特别是一些丘岭地带,由于地形高差差异很大,常规的几何水准测量很可能派不上用场,GPS 高程测量在这方面占了很大优势。简而言之，GPS测量技术作为一种新型、经济、可靠的高精度测量手段，正在改变着传统测量技术的手段和方法。参考文献1 李天文等，GPS原理及应用M，北京：科学出版社，2010.2 李国波，方广杰.GPS测量控制网网形的优化设计J，湘潭师范学院学报（自然科学版），2004 .3 福建省星球勘测设计有限公司：莆田市荔城区地形图控制技术设计书.4 王德保GPS在城市控制网中的应用研究D，济南：山东科技大学，2004.5 许其凤.G