基于大地水准面模型测量水准高差的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于大地水准面模型测量水准高差的方法，它采用大地水准面模型计算出相邻控制点的高程异常差，通过GNSS测量得到相邻控制点的大地高差，二者相减，即可转换为水准高差，进而计算各个控制点的高程。本发明可应用于多种地形，地形包括平原、丘陵、山区等，其各个控制点的间距可达5～8km，工作效率可提高6至10倍，可达到三、四等水准测量的精度；且只需首末端两个控制点的高程，不需要进行几何水准测量，具有工作强度小、效率高的特点。
【专利说明】基于大地水准面模型测量水准高差的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测绘【技术领域】，具体地指一种基于大地水准面模型测量水准高差的方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中，水准高差的测量一般采用几何水准的方法进行；几何水准是指用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。在地面两点间安置水准仪，观测竖立在两点上的水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。通常由水准原点或任一已知高程点出发，沿选定的水准路线逐站测定各点的高程，一站的距离为20~200m。
[0003]采用几何水准的方法进行水准高差的测量，其工作强度大、效率低，严重制约了测绘保障。
[0004]也可以采用重力似大地水准面精化方法，获得各个点的高程异常，但其有以下缺
占-
^ \\\.[0005]I)重力似大地水准面及其存在的不足:
[0006]重力似大地水准面是利用重力测量数据、数字地形模型和参考重力位模型，应用移去-恢复技术，仅采用重力方法计算获得的似大地水准面模型，因为重力和高程数据分辨率较高，因此它具有高分辨率的特点；
[0007]但是，重力似大地水准面也因为各种因素的影响，使其计算精度较低:一是部分地区地面重力数据稀少甚至是空白；二是重`力资料分布不规则且我国地形变化剧烈，在进行重力数据格网化时必定会带来一定插值误差；三是参考重力位模型与我国重力场存在系统差，位模型与重力数据的长波误差也不尽一致，这些因素都将对计算得到的重力似大地水准面产生系统性影响；四是重力似大地水准面与GPS/水准似大地水准面之间存在较大的系统偏差，不利于GPS测量的应用；
[0008]2)重力似大地水准面与GPS/水准的拟合及其存在的不足:
[0009]用重力场理论确定的高分辨率的重力似大地水准面受地面重力数据误差及其分布密度等影响而含有系统偏差，GPS/水准的精度虽然很高，但受水准测量方法的限制，难以实现在时间和空间上达到一定的密度要求，因此，如何将这两类似大地水准面综合得到一个消除系统误差的高精度的区域似大地水准面有不同的处理方法，通过采用多项式拟合多面函数拟合等方法，将高分辨率但精度较低的重力似大地水准面拟合到高精度但数量较少的GPS(似)大地水准面上，从而消除重力似大地水准面的系统偏差，重力似大地水准面与GPS/水准似大地水准面的拟合，能够较好的消除两者之间的系统偏差，提高似大地水准面的精度，但是该方法仍然存在一些不足:
[0010](I)重力似大地水准面与GPS/水准似大地水准面之间的系统偏差非常复杂，是不可能用某种数学曲面代替的，这种曲面拟合显然误差较大；
[0011](2)因为GPS/水准点一般比较稀疏，用于曲面拟合的数据较少，不能精细表现复杂的似大地水准面，难以达到很好的拟合效果，而要保证拟合精度，就必须布测较密集的GPS/水准点，这样势必造成过多地增加水准测量工作量，增大了外业劳动强度，加大了项目的周期和生产成本；
[0012](3)拟合曲面是一种平滑的数学曲面，会导致在拟合过程中损失部分高频信息。
【发明内容】
[0013]本发明的目的就是要解决上述【背景技术】的不足，提供一种可提高测量工作效率且精度高的基于大地水准面模型测量水准高差的方法。
[0014]本发明的技术方案为:一种基于大地水准面模型测量水准高差的方法，其特征在于，它包括以下步骤:
[0015]I)、在待测量区域选取多个控制点，多个控制点连成多个闭合环，其中首端闭合环的首端控制点与末端闭合环的末端控制点为已知高程的控制点；
[0016]2)、利用EGM2008全球大地水准面模型或省域似大地水准面模型，计算各个控制点的高程异常；
[0017]3)、将相邻控制点的高程异常相减，即可得到相邻控制点的高程异常差；
[0018]4)、通过GNSS测量技术，得到各个控制点的大地高，将相邻控制点的大地高相减，即可得到相邻控制点的大地高差；
[0019]5)、将上述得到的相邻控制点的大地高差减去高程异常差，即得到相邻控制点的水准闻差。
[0020]步骤2)中，采用邻域9点法计算各个控制点的高程异常。
[0021]采用邻域9点法计算各个控制点的高程异常的步骤为:
[0022]a)、选取任一控制点，以该控制点为中心，选取该控制点邻域方格的9个已知高程异常的数据点，构成核函数:
[0023]Qj= [ (X-Xj) 2+ (Y-Yj) 2+0.8]α 5(式 I)
[0024]其中，(XjjYj)为第j个已知高程异常的数据点在EGM2008全球大地水准面模型或省域似大地水准面模型的坐标，(X，Y)为9个已知高程异常的数据点在EGM2008全球大地水准面模型或省域似大地水准面模型对应的坐标；
[0025]b)、当j为I时，将(X，Y)代入到式I中，可得到Q11H;
[0026]当j为2时，将(X，Y)代入到式I中，可得到Q21H;
[0027]......[0028]当j为9时，将(X，Y)代入到式I中，可得到Q91H ;
[0029]C)、利用式2得到未知参数K值，其中式2中z为已知高程异常的数据点对应的高程异常；
【权利要求】
1.一种基于大地水准面模型测量水准高差的方法，其特征在于，它包括以下步骤: 1)、在待测量区域选取多个控制点，多个控制点连成多个闭合环，其中首端闭合环的首端控制点与末端闭合环的末端控制点为已知高程的控制点； 2)、利用EGM2008全球大地水准面模型或省域似大地水准面模型，计算各个控制点的高程异常； 3)、将相邻控制点的高程异常相减，即可得到相邻控制点的高程异常差； 4)、通过GNSS测量技术，得到各个控制点的大地高，将相邻控制点的大地高相减，即可得到相邻控制点的大地高差； 5)、将上述得到的相邻控制点的大地高差减去高程异常差，即得到相邻控制点的水准闻差。
2.根据权利要求1所述的基于大地水准面模型测量水准高差的方法，其特征在于:步骤2)中，采用邻域9点法计算各个控制点的高程异常。
3.根据权利要求2所述的基于大地水准面模型测量水准高差的方法，其特征在于，采用邻域9点法计算各个控制点的高程异常的步骤为: a)、选取任一控制点，以该控制点为中心，选取该控制点邻域方格的9个已知高程异常的数据点，构成核函数:
Qj= [ (X-Xj) 2+ (Y-Yj) 2+0.8] ?.5 (式 I) 其中，(XjjYj)为第j个已知高程异常的数据点在EGM2008全球大地水准面模型或省域似大地水准面模型的坐标，(X，Y)为9个已知高程异常的数据点在EGM2008全球大地水准面模型或省域似大地水准面模型对应的坐标； b)、当j为I时，将(X,Y)代入到式I中，可得到Qn、Q12…Q19; 当j为2时，将(X, Y)代入到式I中，可得到Q21、Q22…Q29; 当j为9时，将(X，Y)代入到式I中，可得到Q91、Q92…Q99 ； C)、利用式2得到未知参数K值，其中式2中z为已知高程异常的数据点对应的高程异常，类似a)、b)两个步骤,计算QP1、Qf Qp9 ；
4.根据权利要求1所述的基于大地水准面模型测量水准高差的方法，其特征在于:所述控制点的选取满足GNSS静态定位测量要求，控制点之间的间距为5~8km。
5.根据权利要求1所述的基于大地水准面模型测量水准高差的方法，其特征在于:所述构成闭合环 的控制点数量为3至6个。
【文档编号】G01C5/00GK103727920SQ201310738247
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】邸国辉 申请人:湖北省水利水电规划勘测设计院