一种似大地水准面检测方法及装置与流程

文档序号:11651424阅读:426来源:国知局

本发明涉及一种水准面检测方法及装置,属于地理测绘领域,具体涉及一种似大地水准面检测方法及装置。



背景技术:

似大地水准面——从地面点沿正常重力线量取正常高所得端点构成的封闭曲面。

似大地水准面严格说不是水准面,但接近于水准面,只是用于计算的辅助面。它与大地水准面不完全吻合,差值为正常高与正高之差。正高与正常高的差值大小,与点位的高程和地球内部的质量分布有关系,在我国青藏高原等西部高海拔地区,两者差异最大可达3米,在中东部平原地区这种差异约几厘米。在海洋面上时,似大地水准面与大地水准面重合。

国家似大地水准面的分辨率应不低于15′×15′,其精度:平地、丘陵地应不低于±0.3m,山地及高山地应不低于±0.6m。

国家似大地水准面的高程异常控制点,其坐标和高程精度应不低于国家二等大地控制网点和国家二等水准网点的精度。

省级似大地水准面的分辨率应不低于5′×5′,其精度:平地、丘陵地应不低于±0.1m,山地及高山地应不低于±0.3m。

省级似大地水准面的相邻高程异常控制点,其高程异常差的精度在平地、丘陵地不低于±0.1m,在山地、高山地不低于±0.3m。

目前,现有技术中的似大地水准面检测技术操作复杂,计算效率低下,精度低,并且不能客观真实地评价似大地水准面精化的质量,难以掌握似大地水准面精化成果的可靠性和准确性。



技术实现要素:

本发明主要是解决现有技术所存在的上述的技术问题,提供了一种似大地水准面检测方法及装置。该方法及装置的检测点高程采用不低于国家二等水准点作为高程起算点,按二等水准精度施测,用数字水准仪或者精密三角高程观测,对高程异常变化大和无水准起算点的区域可对两检测点间高差进行比较;同时能对检测点的水准高程与通过似大地水准面精化获得高程进行比较,统计出检测点位高程中误差,因而能够客观真实地评价似大地水准面精化的质量,掌握似大地水准面精化成果的可靠性和准确性。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:

一种似大地水准面检测方法,包括:

检测点选取步骤,用于通过对收集的资料进行实地踏勘,确定区域范围内国家等级水准点的存在性和水准点分布情况,通过区域内高程异常分布等值线及踏勘所得国家等级水准点分布情况,合理选取并布设似大地水准面检测点;

外业观测步骤,用于对检测点进行外业观测,包括平面控制测量和高程控制测量;

成果计算步骤,用于对观测的数据进行成果计算,得出检测点大地高、正常高、平面坐标,并以检测点平面坐标为起算数据,利用似大地水准面模型获取检测点处精化高程;

精度评定步骤,用于对检测点的实测水准高程和似大地水准面精化获得高程进行成果比较分析得出似大地水准面成果质量并进行精度评定。

一种似大地水准面检测装置,包括:

检测点选取模块,用于通过对收集的资料进行实地踏勘,确定区域范围内国家等级水准点的存在性和水准点分布情况,通过区域内高程异常分布等值线及踏勘所得国家等级水准点分布情况,合理选取并布设似大地水准面检测点;

外业观测模块,用于对检测点进行外业观测,包括平面控制测量和高程控制测量;

成果计算模块,用于对观测的数据进行成果计算,得出检测点大地高、正常高、平面坐标,并通过似大地水准面精化获得外业实测的检测点精化高程;

精度评定模块,用于对检测点的实测水准高程和似大地水准面精化获得高程进行成果比较分析得出似大地水准面成果质量并进行精度评定。

因此,本发明具有如下优点:1.检测点高程采用国家等级水准点作为高程起算点,按国家等级水准精度施测,用数字水准仪或者精密三角高程观测,对高程异常变化大和无水准起算点的区域可对两检测点间高差进行比较;2.能对检测点的水准高程与通过似大地水准面精化获得高程进行比较,统计出检测点位高程中误差。

附图说明

附图1是本发明的一种工作流程图。

具体实施方式

下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例:

下面对本发明的方法进行详细说明。

1、检测点布设及选取原则

检测点要求均分分布于行政区划范围内,基本涵盖全省的高山、丘陵、平原和水网地区。布设检测点总数不低于50个,其中已实施过城市似大地水准面区域,利用已有高精度三维控制点成果直接检核。

其中,(1)对高程异常变化大区域可增加检测点数量,高程异常变化小区域可减少布点要求;(2)检测点的选取位置要能同时满足gnss和水准观测条件,优先选取国家二等以上水准点作为检测点;(3)选取的检测点要求避开国家a、b级gps点以及cors基准站,同时检测点不宜选在大量物质搬移的矿区、采石场、大量取土、地下水剧烈变化的地区和城市建设施工区;(4)为方便似大地水准面高程检核,检测点尽量重合于国家二等以上水准点位。当二等以上水准点无法满足gnss观测要求时,采用支水准作业方式,将高程引测至水准点附近且满足gnss观测的点位。(5)检测点远离大功率无线电发射源(如电视台、电台、微波站等),其距离不小于200m;远离高压输电线和微波无线电信号传送通道,其距离不应小于50m。(6)检测点位置应便于安置接收机设备和水准测量操作,视野开阔,视场内障碍物的高度角不宜超多15°。(7)检测点附近不应有强烈反射卫星信号的物件(如大型建筑物)。(8)检测点附近的局部环境(地形、地貌、植被等)与周围的大环境保持一致,以减少气象元素的代表性误差。

2、检测点选埋

检测点埋设对满足gnss观测条件的二等以上水准点可直接作为检测点使用,对不满足gnss观测的二等以上水准点,需重新布设检测点,且埋设于坚固稳定易保存的水准点附近和交通便利地方。

检测点的标志制作如下:(1)位于硬化地表处(如水泥、沥青)的检测点可设置长钢钉标志,标志中心要有清晰、精细的十字线,且标志中心能满足水准测量要求。(2)位于非硬化地表处(如土地、碎石)的检测点可设置长木桩配合短钢钉标志,要求木桩桩位中心有清晰的钢钉标心且能满足水准测量要求。

3、平面控制测量

3.1、gnss组网

检测点采用基于cors基准站或b级gps点的点观测模式时,检测点与周边至少有3个起算点进行同步观测,且起算点分布于观测点周边的三个不同方位。各检测点间不作联测要求。

3.2、gnss观测

观测仪器采用双频大地型gnss接收机,标称精度优于5mm+2ppm,天线采用大地型测量型天线。gnss接收机及天线要求检定合格且在有效期限内方能在作业中使用。检测点观测技术指标如下:

表1检测点观测技术指标

3.3、gnss数据处理

每天观测结束后,作业员应及时将接收机内的gnss观测数据下载到笔记本电脑中,并及时进行转储备份。

数据下载采用gnss接收机的商用随机软件进行,下载后的数据应按gnss年积日建立目录存放,以方便使用和查找。

利用gnss接收机的商用随机软件将gnss观测数据的文件格式转换为标准化的rinex格式,并进行统一管理和存放,存储形式与原始观测数据相同。

gnss观测数据质量检查采用商用随机软件进行检查,检查内容包括:观测卫星总数、数据可利用率、l1,l2频率的多路径效应影响mp1、mp2。

其中,外业数据质量检核,具体包括:

(1)基线解算

使用gnss接收机随机配备的商用软件,采用卫星广播星历解算基线。基线解算按同步观测时段为单位进行。可采用多基线解或单基线解,每个同步观测图形应选定一个cors参考站作为起算点。

(2)数据检验

数据检验应满足同一时段观测值的数据剔除率应不大于10%;复测基线的长度较差应满足下式要求:

ds为复测基线的长度较差。

式中σ—标准差(基线向量中误差mm),a—仪器标称精度中的固定误差(mm),b—仪器标称精度中的比例误差系数(ppm),d—基线长度(km)

(3)同步环检验:网中任何一个三边构成的同步环闭合差应满足下列公式的要求:

式中:wx、wy、wz为环坐标分量闭合差,ws为环闭合差

其中,σ为基线测量中误差,计算公式为a、b为外业测量时使用的gnss接收机的标称精度,d为基线边长(计算时采用实际平均边长)。

(4)独立闭合环检验

若干个独立基线构成闭合环(异步环)时,各坐标差分量闭合差应符合下式:

其中,n为异步环中的边数,σ为基线测量中误差,计算公式为a、b为外业测量时使用的gnss接收机的标称精度,d为基线边长(计算时采用实际平均边长)。

(5)重测和补测规定

因故未按设计规定方案施测,或者外业缺测、遗漏,或数据预处理后不满足gnss测量基本技术要求规定,应及时重测和补测。

由于观测点本身不满足gnss测量要求而造成一个测站多次重复测量仍不能满足各种限差检核要求时,可舍弃该点的数据成果或另外埋点。

3.4、gnss网平差

当外业观测时段、基线解算及各同异步环闭合差检验合格后,利用相关商业gnss配套软件进行gnss网平差处理,包括:

(1)三维无约束平差

各项基线质量检验符合标准后,以独立基线的三维基线向量及相应的方差-协方差阵作为观测信息,进行gnss网无约束平差。利用“基于相关分析的粗差探测原理”进行粗差探测,然后利用“基于等价方差-协方差的稳健最小二乘”方法进行粗差处理。

无约束平差中,基线分量的改正数绝对值(v△x、v△y、v△z)应满足下

v△x≤3σ

v△y≤3σ

v△z≤3σ

式中,σ为基线测量中误差,计算公式为a、b为外业测量时使用的gnss接收机的标称精度,d为基线边长(计算时采用实际平均边长)。

否则,认为该基线或其附近的基线存在粗差,应在平差中采用软件提供的自动方法或人工方法剔除,直至满足上式。

(2)三维约束平差

无约束平差后,利用基准站坐标对整网进行三维约束平差。通过加权约束平差输出三维、基线向量改正数等相应信息。约束平差中,基线分量的改正数与经过粗差剔除后的无约束平差结果的同一基线相应改正数较差的绝对值(dv△x、dv△y、dv△z)应满足:dv△x≤2σ,dv△y≤2σ,dv△z≤2σ,式中,σ为基线测量中误差,计算公式为a、b为外业测量时使用的gnss接收机的标称精度,d为基线边长(计算时采用实际平均边长)。

否则,认为作为约束的已知坐标存在一些误差较大的值应采用自动或人工的方法剔除这些误差较大的约束值,直至满足上式。

4、高程控制测量

4.1、水准布设

检测点不重合水准点位时,检测点高程采用支线水准或精密三角高程两种观测方式,按二等水准要求进行往返观测,观测时采用偶数站结束,最短不低于两站,位于水准点跟前的检测点其水准距离最长不超过1km。对检测点高程采用精密三角高程观测时,需布设为附合线路或闭合环,且测边对向观测。

4.2、水准观测

(1)水准仪选择及检验

用于水准测量的仪器应由国家计量部门认可的仪器检定单位检定,并检验合格且在有效期限内才能使用。在使用过程中如发现仪器有异常情况,应按照规范进行检验或重新送检。本实施例采用leica的dna03型数字水准仪。在水准观测前必须对水准仪和标尺按国家一、二等水准测量规范中有关规定进行检验和记录。整个作业期间,每天开测前应进行i角测定,i角不得大于15″。

(2)基本技术规定

水准测量相关技术指标如下:设置测站时,测站视线长度、前后视距差、视线高度、视距差累积、数字水准仪重复测量次数应符合下表的规定。

表2测站观测限差(单位:m)

水准观测中,往返测高差不符值、附合路线和环闭合差以及检测已测段高差之差应符合下表的规定。

表3往返测高差不符值(单位:mm)

注:k为路线或区段、测段长度,以km为单位,当测段长度小于0.1km,按0.1km计算。

(3)观测作业要求

观测方式:二等水准观测,采用单路线往返观测。同一区段的往返测,应使用同一类型仪器和转点尺承沿同一道路进行。

在每一区段内,先连续进行所有测段的往测(或返测),随后再连续进行所有测段的返测(或往测)。

二等水准观测应在标尺分划线成像清晰而稳定时进行。下列情况,不应进行观测:日出后与日落前30min内;太阳中天前后各2小时(阴天和非高温的多云天,可适当增加中午的观测时间,但最短间歇时间不能少于2小时);标尺分划线的影像跳动而难于照准时。

观测前30分钟,应将仪器与外界气温趋于一致;设站时,应用测伞遮蔽阳光;迁站时,应罩以仪器罩。在使用仪器前,还应进行预热,预热次数不少于20次单次测量。

水准仪和水准标尺的圆水准器应严格置平,即圆水准器居中。

在连续各测站上安置水准仪的三脚架时,应使其中两脚与水准路线的方向平行,而第三脚轮换置于线路方向的左侧与右侧。除线路转弯处外,每一测站上的仪器与前后视标尺的三个位置,应接近一条直线。上下坡时不应为了增加标尺读数,而把尺垫放置在壕坑中。每一测段的往测与返测,其测站数均应为偶数。由往测转向返测时,两支标尺应互换位置,并应重新整置仪器。应避免望远镜直接对着太阳;尽量避免视线被遮挡,遮挡不要超过标尺在望远镜中截长的20%;仪器只能在厂方规定的温度范围内工作;确信震动源造成的震动消失后,才能启动测量键。严格防止尺垫发生意外移动,尽量在安全、稳定位置放置尺垫。

其中,成果的重测和取舍如下:

(1)测站观测误差超限后,应立即重测。(2)若重测的高差与同方向原测高差的不符值超过往返测高差不符值的限差,但与另一单程高差的不符值不超过限差,则取用重测结果;若同方向两高差不符值未超出限差,且其中数与另一单程高差的不符值亦不超出限差,则取同方向的中数作为该单程的高差;若a)中的重测高差(或b)中两同方向高差中数)与另一单程高差的不符值超出限差,应重测另一单程。(3)路线往返测高差不符值超限时,应就往返测高差不符值与路线不符值同符号中较大的测段进行重测,若重测后仍超出限差,则须重测其他测段。

4.3、精密光电测距三角高程

(1)精密光电测距三角高程测量主要用于山区和丘陵等作业困难地区,代替二等水准测量,所采用的全站仪应具自动目标识别功能,仪器标称精度不应低于0.5″,1mm+1ppm。

(2)使用的反射棱镜和对中杆应经过特殊加工,反射棱镜的安装误差不得大于0.1mm。并使用特制的水准点对中棱镜杆。

(3)为了达到同时对向观测的目的,进行仪器改装的方法是将棱镜固定在全站仪把手上,要求仪器的中心和棱镜的测距中心在垂线方向的偏差不超过±1mm。

(4)为了消除水准点上觇标高的量取误差,采用固定长度的棱镜杆进行测量。另外为了避免量取仪器高和棱镜高误差,观测时应采用两台全站仪同时对向观测,在一个测段上对向观测的边数为偶数,不量取仪器高和对中棱镜高,观测距离一般不大于500m,最长不应超过1000m,竖直角不宜超过10°。

(5)按线路前进方向,先进行后测站观测,再进行前测站观测。每个测段进行单棱镜往返测或高低双棱镜观测,高低双棱镜观测顺序为:后测站观测低棱镜,前测站观测低棱镜,前测站观测高棱镜,后测站观测高棱镜。支线测段必须进行往返观测。

(6)精密光电测距三角高程测量观测的主要技术要求应符合表4的规定

表4精密光电测距三角高程测量观测的主要技术要求

注:s为视线长度,单位为:km

(7)精密光电测距三角高程测量应采用往返观测,观测中应测定气温和气压。气温读至0.5℃,气压读至1.0hpa,并在斜距中加入气象改正。

(8)精密光电测距三角高程测量其他精度指标应满足表5及表6的规定。

表5高程控制网的技术要求

表中,mδ和mw应按式下式计算:

这是求得的是每公里往返观测高差中数的中误差。

式中△——测段往返高差不符值(mm);

l——测段长或环线长(km);

n——测段数;

w——附合或环线闭合差(mm);

n——水准路线环数。

表6水准测量限差要求(mm)

注:1k为测段水准路线长度,单位为km;l为水准路线长度,单位为km;ri为检测测段长度,以千米计;n为测段水准测量站数。当山区水准测量每公里测站数n≥25站以上时,采用测站数计算高差测量限差。

4.4、水准计算

观测工作结束后,应及时整理和检查外业观测手簿。检查所有计算是否正确、观测成果是否满足各项限差要求。

确认观测成果全部符合要求后,方可进行外业计算。对支水准线路的往返高差进行水准标尺尺长改正后,取往返测高差平均值作为区段或线路高差δh。通过检测点高程h检测点、原水准点高程h水准点和高差δh三者关系直接计算出检测点高程。计算公式如下:

h检测点=h水准点+δh

5、水准高程与精化高的比较分析

5.1、精化高的获取

精化高是指利用gnss技术观测获得大地高后,通过“似大地水准面应用软件”转化为的海拔高。检测点精化高获取过程如下:

(1)各检测点在静态gnss观测与平差计算中得到各检测点的大地高及位置(大地经纬度)。

(2)将各检测点的大地坐标及大地高作为似大地水准面的外符合数据,利用似大地水准面精化模型内插法获取各检测点的高程异常值ξ。

(3)通过高程异常值ξ和大地高,确定各检测点的高。

h=h+ξ

式中:ξ—高程异常,h—大地高,h—正常高。

5.2、水准高程与精化高的差值计算

根据检测点通过似大地水准面精化获得的精化高与直接水准成果进行比较,计算不符值的最大值、最小值、平均差值及中误差等。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

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