GPS跨河水准测量的理论与实践

GPS高程测量的理论与实践的研究摘要：gps定位技术自问世以来,就以其精度高、速度快、操作简单等优点引起了整个测量界的关注。

国内外大量的实践表明,利用gps进行平面相对定位的精度能够达到01×10-6~1×10-6甚至更高,这是常规测量技术难以比拟的。

但是由于受区域性大地水准面的精度及电离层延迟误差等因素的影响,转换后的gps高程的精度还不够高。

因此,gps在我国高程控制网的布设中应用得较少。

从某程度上讲,未能充分发挥gps测量能够提供三维坐标的优越性。

基于这种情况,有必要对gps高程测量的理论和方法进行研究,以促进其在测量实践中的应用。

利用gps求得的是地面点在wgs-84坐标系中的大地高,而目前我国的实用高程系统采用的是正常高,要想使gps高程在工程实际中得到应用,必须实现gps大地高向我国实用高程的转换。

为此,本文对gps高程转换的方法进行了重点研究。

关键词:gps高程测量; gps高程转换1似大地水准面的模拟与gps高程转换11gps高程测量的基本原理gps测量能够精确给出地面点在wgs-84坐标系中的三维坐标x,y,z或b,l,h,经系统变换可以得到地面点在局部坐标系中的大地高。

由于各gps点上的高程异常值无法直接获得,目前还无法直接将大地高精确地转换成实用的海拔高。

因此,高程异常的确定成为gps高程转换的关键。

纵观高程异常的确定方法,可以分为几何解析法和重力法两类:①几何解析法是用一个一次或高次的解析多项式拟合出测区的似大地水准面,进而内插出gps点上的高程异常值。

②重力法的出发点是利用计算点附近的地面重力测量资料求解大地水准面的非线性变化部分,应用中通常需结合地形数字模型和地球重力场模型数据,以反映地形起伏的影响和大地水准面的长、短波特性。

对于一般工程单位而言,无法获得必要的重力数据,故重力方法难于普及。

本文主要研究从几何观点出发推求大地水准面高的方法,此类方法的基本思想如下:假设在测区内有若干个既进行了gps测量又联测了水准高程的gps点(这样的点称为水准重合点),那么可以利用大地高和高程异常之间的关系,推算出各水准重合点上的高程异常,利用这些离散点上的异常值,可以拟合出测区所在局部区域的似大地水准面,进而可以内插出未知点上的高程异常,实现椭球高向正常高的转换。

从表中数据可知 : 同岸 α最大互差 = 3107 mm / km < 13 mm / km; 不同岸 α最大互差 = 4113 mm / km < 18 mm / km[3] ,α平 = 0103065 mm / km。 从 C1 - S3 桩跨河 : GPS法正常高高差 △HC1 - S3 =
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3 C3 - C1 2. 079 67 1. 041 9 1. 104 1 0. 062 2 0. 029 91
4 C4 - C1 2. 046 99 1. 032 1 1. 099 6 0. 067 5 0. 032 98
5 C1 - S3 2. 105 09
2. 329 8 平均 : 0. 030 65
跨河三角高程采用两岸对向同时观测测点斜距及 竖直角方式进行 。对向同时观测可以极大地提高精度 ,
消除或减弱仪器高误差 、大气垂直折射差、地球曲率误 差等多项误差 [2 ] 。观测斜距时分别读取仪站与镜站的
3 收稿日期 : 2008—11—24 作者简介 :欧阳平 (1978—) ,男 ,工程师 ,主要从事测绘生产科研工作 。
1 前 言
当水准路线需要跨越大的水面或宽的峡谷时 ,由 于视线超出常规水准测量的长度 ,就必须采用跨河水 准测量的方法 ,以指定的精度等级将本岸的高程传递 到对岸 [ 1 ] 。三角高程测量以其快速 、简便且能保证一 定精度而应用于跨河水准测量 ; GPS测量观测周期短 、 布网迅速 、精度高 、自动化程度高 ,平面精度已经得到 广泛认可和应用 ,高程精度的提高也为 GPS替代水准 测量成为可能 , GPS测量不受通视条件限制的优点更 适用于跨河高程测量 。单独的三角高程测量只能通过 闭合差来检验其内符合精度 ,在本例跨河水准测量中 , 用光电测距三角高程法进行施测 ,通过相关精度分析 , 在本例中三角高程测量能达到国家三等水准测量的要 求 ,并用 GPS高程测量进行外符合精度检核 。

浅谈跨河大桥水准测量技术应用跨河水准测量由于受多种自然条件影响，其测量精度可靠性一直是水准测量的难题，本文通过工程实例，介绍跨河水准测量的基本原理、场地选择、场地布设、观测方法等内容。

标签：跨河水准测量经纬仪倾角法观测近标尺精度分析1跨河水准简介当水准测量必须跨越江河进行观测时，其视线长度要比一般情况长得多（几百米甚至一公里以上），这样就会产生误差：由于前、后视线不能相等，产生仪器ⅰ角误差；由于跨越障碍的视线大大加长，大气垂直折光影响必然增大；由于视线长度的增大，水准标尺上的分划线，在望远镜中观察就显得非常细小，甚至无法辨认，因而也就难以照准和无法读数。

本文针对上述几个误差问题，通过实际的工程应用，介绍了跨河水准测量的一般技术及其关键步骤。

2任务概况以某市跨河大桥为例，桥梁设计2090米，造型为钢拱结构。

为了建立该桥施工首级高程控制，需实施跨河水准，传递高差。

此段江面约宽700米，北岸为丘陵地，施测时已挖土，南岸为一片菜地，视线开阔。

根据考察实地后和综合分析，项目组选用经纬仪倾角法实施跨河水准。

3跨河水准测量3.1跨河地点的选定根据跨河水准测量的特点，为保证精度要求，跨河地点的选择及其布设应尽可能完善以减弱各种误差的影响。

要满足以下要求：（1）选于测线附近，利于布设工作场地与观测的较窄河段处；（2）跨河视线不得通过草丛及干丘、沙滩的上方；（3）两岸由仪器至水边的一段河岸，其距离应近于相等；（4）过河视线方向，宜避免正对日照方向。

3.2场地布设根据现场及仪器情况，在跨河两岸设置的仪器站和标尺点应构成对称的图形，我们选择如图所示的平行四边形布设。

布设方法，使用全站仪和棱镜及皮尺配合，先在北岸（如Ⅰ1 b1）用皮尺放好Ⅰ1 b1长度，一般要求10左右，根据实地此次量取8.68米，然后可在b1上摆全站仪观测Ⅰ2 ，全站仪垂直角设置在水平视线上，实现两岸基本同高的要求，此时Ⅰ2可打木桩选定，b1Ⅰ2长度675.54米，再把全站仪移至Ⅰ1 上摆站，对岸可用皮尺一段放在Ⅰ2上，另一端設置为8.68米，与Ⅰ1 b1同长度，棱镜放在另一端上以Ⅰ2为圆心前后移动，使全站仪测得的Ⅰ1 b2与b1Ⅰ2长度相同，同时注意高度基本一致，就实现了两岸视线长度基本相同的要求。

移量 △h,因此必须对 ( 2) 式作相应的变化 ,即 :
H = h + △h - ξ
(3)
因为 △h对于同一个网的各点是一个常量 ,所
以我们将不单独考虑它 , 也即把 GPS 网点中起算
点的大地高的精度视为精确己知 , 而直接利用式
Байду номын сангаас
(2) 。
以上就是 GPS 水准测量的原理 , 通过 GPS 解
算得到高精度的 GPS 水准点大地高后 , 再根据已
变化 , 采用简单模型对区域大地水准面变化情况
进行拟合 ,从而求得跨越河流的 GPS 水准点 (上例
中的 B C两点 ) 之间的高程异常差值及正常高高
差。
为了提高跨河测量方法的经济技术指标 , 应
在满足精度要求的前提下采用尽可能少的 GPS 水
准点数 。为此 , GPS高差拟合可采用以下几种模型 。
收稿日期 : 2009 - 07 - 08 作者简介 : 王晓华 (1981 - ) ,女 ,河南永城人 ,研究方向 : GPS测量技术研究与应用 。
86 淮 阴 工 学 院 学 报 2009年
水准标尺上读数为 A1 。设水准仪具有某一定值的 i 角误差 , 其值为正 , 由此对读数 B1 的误差影响为 △1 ,对于读数 A1 的误差影响为 △2 ,则由 I1 站所得 观测结果 ,可按下式计算 b2 相对于 b1 的正确高差 , 取 I1 、I2 测站所得高差的平均值 ,即
2. 1 直线拟合模型
当河两岸 GPS 水准点呈近似直线分布 , 且区
域大地水准面近似平面时 , 设沿跨河方向 (B C ) 大 地水准面剖面变化率为 α,则 :
△ζBC = a△X 式中 , XB , XC为 B , C点的 X 坐标 ( X 轴与 B , C

ＧＰ Ｓ 跨河水 准点 ， 应尽 可能选 择在 地形较 为平坦 的平 原 ， 丘 陵地 区 ， 且 河流 两岸地 貌形 态基本 对称相 似 ； 尽 可 能避 开地 质条件 不稳定 ， 强磁 场地段 ， 车 流人
流较 大 的场所 ； 为 获得 稳 定的Ｇ Ｐ ｓ 数据 ， 水 准点 布设 沿水 准测 线延 伸 ； 如 图２ 所
化率 为 钱 ：
述 观测 。 觇板无 棱镜 ， 测 角与 测距应 分开 ， 并 且觇 板应 固定在 标尺 整分化 上 ， 觇
标 高精度 提 高 。 三 角高程 测 量 的普遍 公式 为 ：
‰
（ ５ ）
ｈ ｉ ： Ｄｔ ａ ｎ 手ｉ Ｉ ÷ ÷ ｌ Ｄ （ １ ） ［ １ 】
ｈ 嚣 ｃ ｌ ：ｈ Ａ ｅ —ｈ Ａ 嚣 ＝Ｄ 毒 ｔ ａ ｎ 棼 ｃ —Ｄ ｌ 船恐 嚣一ｉ ｃ 手 手 ｃ Ｄ ； （ ４ ） 由于Ａ 、 Ｂ 两点距离Ｄ Ｉ （ （ Ｒ ， 所以 Ａ ｇ ｉ ＝ ｏ 。 同 理， 当Ｄ 照准Ｂ 、 Ｃ 两点时， 可以
再 次得 到两 点高 差为ｈＢ ｃ ２ 。 从公 式 （ ４ ） 可 以得 到 ， 已消除 仪器高 误 差 。 同理 ， 在 Ａ、 Ｃ， Ｂ 、 Ｃ 和Ｂ、 Ｄ 分别 进行 三 组相 同的 上述计 算 ， 形成 图 （ １ ） 所示 的三 个 闭合环 ， 相互 检核 ， 提 高精 度 ， 得 到 四个点 的 高程 ， 完 成跨 河水 准测 量 。
一
、Hale Waihona Puke 跨河 点 除满足 常规选 点要 求外 ， 还应 尽可 能布设 在靠 近河边 稳 定的地 方 ； 河 面较 窄 的地方 ， 减小 球 气差 ； 两 河岸地 形相 似的地 方 。 并且， 各 水 准点尽 可 能

Ｃ市大 桥
＋ ２ 一 ３
一 ３
－ ４ — ２
＋ ２
— ３ ＋ ２
＋ ３
＋ ２ ＋ ４
－ ３
－ ３ ＋ １
一 ｌ
Ｄ市大 桥
＋ ｌ
＋ ３
— ２
— ３
一 ｌ
参考椭球面
图 １大地高、 正常高、 高程异常的关系示意图 图１ 为大地、 高和正常高之间的关系。 其中， 为高程异常。 Ｈ 一 为Ｇ Ｐ Ｓ 测得 的大地高 ， Ｈ 为正常高 ， 即Ｈ 产Ｈ 一 ∈根据 以上 公式和 高程异常 的特 点， 可 以考 虑 将 Ｇ Ｐ Ｓ高 程 应 用 于 跨 河 水 准 测量 中 。 ２ ． ３ Ｇ Ｐ Ｓ大地高高差代替跨河水准测量高差的方法 ２ － ３ ． １由 ＧＰ Ｓ相对 定位得到 的基 线 向量 ， 通过 Ｇ Ｐ Ｓ网平 差 ， 可 以得到 高精度 的 ＷＳ Ｇ 一 ８ ４ 大地坐标系 中的大地高高差。 ２ ． ３ ＿ ２ 由公式 Ｈ Ｈ ｗ 一 ∈ 可知，地面上两点之 间的正常高高差 ｈ ， 大 地 高高差 Ｈｗ —ｗ以及高程异常之差的关系为： ｈ Ｉ ＝ Ｈ 。 一 △ ∈ 。 ２ ． ３ － ３在 大江 、 大河 、 湖泊、 海 湾两 岸地 形起 伏不 大 （ ＜ ５ Ｏ ｍ） 的平 坦地
科 学 发 展
Ｇ Ｐ Ｓ在跨河水准测量 中的可行性应用
张 扬
（ 黑龙江省航道局）
摘 要： 本文 阐述 了 Ｇ Ｐ Ｓ跨河水准 测量的概念 、 方法 ， 并 以实例验证 了跨河水准测量方法的可行性。 关键词： Ｇ Ｐ Ｓ ； 跨河水准测量： 高程异常
１ 前 言
测 回， 半测回观测读 数为 ８组 ， 外业观 测历时 ２ ０天 ， 达到二等跨 河水准测 量精度要求。

所 测 的相 对于 似 大地 水准 面 正常 高 ， 及通 以 过 重 力 测 量等 手 段 所 得 到 的 地 球 重 力场 模 型。 所以 考虑ＧＰ 水 准 的误差 源 ， 得分 别考 Ｓ 就 虑影 响大地 高 、 正常高 、 地球 重 力场 模 型精度 的 因素 以 及它 们 的综 合作 用 。
工 程 技 术
ＳＩＣ Ｃ ＮＥ＆ＴＣＮＬＧ Ｅ ＥＨ００Ｙ
盛圆
基于 ＧＰＳ的跨 河水 准测 量技 术研 究
林 康力 李 贤忠 （ 连市 勘察测 绘研 究院有 限公 司 辽 宁大连 大 １ ０２ ） ６ １ １ 摘 要： 本文基 于笔者 多年从 事跨 河水 准测量的 相馆工作 经验 ， 以基 于Ｇ Ｓ￣术 的跨河水 准测量 为研 究对 象， ＰＪ ． 分析 由Ｇ Ｓ Ｐ 测量所得大地 高 求 解正 常 高 的 误 差 能 够提 高 求 解 的精 度 ， 以使 Ｇ Ｓ 河 高程 传 递 能 够 满足 跨 河 水 准 测量 的 精 度 要 求 ， 而 达 到取 而 代 之 的 作 用 。 文 是 笔 Ｐ跨 进 全 者 长期 工作 实践基 础上的理论 升 华， 信对从 事相关 工作 的 同行有 着重要的参 考价 值和借 鉴意义 。 相 关 键 词 ： Ｐ 跨 河 水 准 误 差 分 析 ＧＳ 中 图分 类 号 ： Ｂ ２ Ｔ ２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编号 ： ６ ２ ３ （ ０ １０ （ ） ０ ５ － ２ ｌ － ７ １ ２ １ ）４ ｂ－ ０ ５ ０ ７ ９
２ ＧＳ Ｐ 跨河高程测量误重要 因素可 以 Ｓ 分为 三类 ： Ｓ 历误 差 （ ＧＰ 星 轨道 误差 ）对 流 层 、 对ＧＰ Ｓ信 号的折 射影 响 、 他影 响 因 素。 其 卫 星 星 历 误 差是 指 卫 星星 历给 出 的 卫 星 空 间 位 置 与 卫星 实 际 位 置 间的 偏 差 。 它 是 一 种 起 始 数 据 误 差 ， 大 小 取 决 于 卫 星 其 跟 踪 站 的 数 量 及 空 间分 布 、 测 值 的 数 量 观 １ Ｇ Ｓ 程拟 合原理 Ｐ高 ＧＰ 水 准 有 两个 作 用 ： ・ 可精 确 求 定 及 精 度 、 道 计 算 时 所 用 的 轨 道 模 型及 定 Ｓ 是 轨 ＧＰＳ 点的 正 常高 ； 二是 求 定 高精 度 的似 大 轨 软件 的 完善 程 度等 。 历误差 是 影 响ＧＰＳ 星 地水准面 。 高程 测 量精 度的 主要 因 素 ， 主要 源 于ＧＰＳ 其 在 一 个ＧＰＳ网中 ， 过对 此 网进 行ＧＰＳ 经 卫 星 轨 道 摄 动 的复 杂性 和 不稳 定 性 。 平 差 后 ， 以 得 到 网 中 各 点 的 大 地 高 ， 可 对 流 层 折 射 影 响 是 指 ＧＰ 信 号 通 过 对 流 ｓ 利 用既 有ＧＰＳ 地 高Ｈ又有 正 常高 ｈ的多 个 层和平 流层 交界时 ， 传播速 度将 发生 变化 ， 大 其 已知点 （ 简称 公 共 点 ） 求 出这 些公 共 点 的 ， 传播的 路径将 发生 弯 曲， 因而 产生测 量偏 差 。 值 。 后 由公 共 点 的平 面坐 标 和 值 ， 然 采用 其 它影 响 因素 的 影 响 主 要包 括 垂 直 精 度 因 数 学 拟 合 的 方 法 ， 合 出 测 区 内的 似 大 地 子、 线 长 度 、 拟 基 多路 径 、 天线 高 的 量 取 等 。 另 水准 面 。 由其 它ＧＰ 再 Ｓ点（ 求点 ） 待 的平 面 坐 外 ， 考虑 ￣ Ｇ Ｓ 程转换 常用到 三个 量为Ｇ Ｓ ＩＰ 高 Ｊ Ｐ 标 （ ， ） 合（ ｘ ｙ拟 内插 ） 出该 点 的 高程 异 常 Ｘ ， 所 测的 相 对 于参 考椭球 的大 地高 、 何水 准 值 几

１ ＧＰ Ｓ水 准 测 量原 理
１ 大地 高和正常高的关系 ． １ 我 国 目 常用的高程基准为正常高系统 （ 括 １ ８ 国家高程基 前 包 ９５ 簟 蔫碱毂 Ｉ ｉ Ｏ 聋■■慨 准 和 １５ 年 黄海 高程系） 其基 准面为似大地水准面 。常规施测的水 ９６ ， 图２ 准 高程 是地面点相对 于大地水准面 的垂 线距离 Ｇ Ｓ Ｐ 定位 技术测 得 的高程 是大地高系统 ， 是地面点相对 于参考 椭球面 （ Ｓ ８ 椭球 ） ＷＧ 一 ４ 由于地形 、 点位环境等条 件限制不 能满足 图 ２ 求时 ． 要 可采 取如 法线方 向的距 离 Ｈ ， Ｇ 正常高与大地 高之间的差异称为高程异常 （ 三 图 ３ 所示 的布设方式 ，河 流同岸 的非跨河 点 Ａ１ Ａ 、 ２或 Ｄ１Ｄ２可 以在 、 者之 间的关 系见 图 １ 同一个 点位附 近埋设 ， 但点位 位置应位 于沿跨河方 同轴线 （ ２ 图 中的 ｃ Ｂ延长线 ） 上或在其两侧且大致对称 ， 河点距跨河点 的距离大致 非跨 与跨河距离相 等。
山东

济南
２０ ０ ５ ０ ２）
【 摘 要】 采用 Ｇ Ｓ Ｐ 技术进行跨 河水准测量是近年 来测量界 比较 热门的课题 ， 本文对采用 Ｇ Ｓ Ｐ 进行跨 河水准测量的技 术方法 ． 进行 了有益 的探 索， 对提 高跨 河水准测量的质量、 效率都具有一定的参考意 义。 【 关键词 】 Ｐ ； Ｇ Ｓ跨河水准 ； 高程拟合
０ 前言
２ ＧＰ Ｓ水 准 测 量 方 法
常规 的跨河水 准测量方 法有光学测 微法 、 倾斜 螺旋法 、 经纬仪倾 ２１ 点位 布 设 ． 角法 、 直接读 尺法 等等 ， 这些测量方法都需要具有 良好 的通视条件 ． 易 据此 ， Ｐ 跨河水准测量最好选 择在地形较为平坦 的平原 、丘陵 ＧＳ 受大气直折光 、 象条件 、 气 河流潮汐以及地形条件等 因素的影响 ． 且观 且河 流两岸 地貌形 态基本 一致地区进行 测操作较 复杂 ， 周期 长 、 作业 效率普遍较低。 Ｐ 测量技术 因其具有全 ＧＳ 为获得 稳定的高程异常变化率 ． Ｐ 跨 河水准路线应 以直伸形状 ＧＳ 天候作业 、 操作简单 、 度高等得天独厚的优势 ， 精 已经广 泛应 用于大地 布设 （ 图 １ ， 如 ） 非跨河点 （ １ Ａ 、 １Ｄ ） Ａ 、 ２ Ｄ 、 ２ 宜位于跨 河点 （ 、 ） 线的 Ｂｃ连 测量 、 工程测量等 领域。 Ｐ 大地高的精度与平面精度相 当． ＧＳ 若能转化 延长线 上 ， 点间距 离大致 与跨河距 离相 等。 且各 相 当精度 的正 常高 ， 则可替 代水 准测量。因此近年来测量界 都在尝试 采用 Ｇ Ｓ Ｐ 作业方法 进行跨河水准测 量 ．若方法得 当不仅能保证精 度 要求 ， 也将大 幅度 提高生 产效率 ． 成为跨河水准最有利的作业手段

利用GPS-RTK进行跨河水准测量摘要】结合福州马尾大桥跨河水准测量的实践，对拟合高程处理方法进行了描述，测量成果的精度评定，作为新的跨河水准测量方法具有推广意义。

【关键词】RTK；拟合高程；精度指标1、工程概况福州市马尾大桥跨江段设计起点里程K1+986,终点里程K3+670，主跨240m，主桥全长1.684km，桥面宽42.5m，江面宽1.6km。

2、水准测量方案2.1跨河水准等级的选择根据公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50-2011）中的规定，为确保马尾大桥的顺利合拢，跨河水准测量的成果应满足三等的要求。

2.2 测量仪器选择及工作原理因马尾大桥横跨的闽江部分，江面宽度达到1.6km，在没有自动照准全站仪TCA1800全站仪的情况下，决定先采用现有的两台国产中纬GPS，利用RTK进行测量。

2.3 跨江点位布设根据GPS拟合高程测量要求，首先将南、北岸离江面最近的水准点引至江边得到SC点、SD点作为本次跨江主要高差计算点，由于南、北岸就近几个已知水准点埋设于墙角或者涵洞底，无法接受GPS信号，故采用二等水准测量方法引至附近空旷处得到SA、SB、SE、SF四个水准点进行观测，用于计算南、北岸的高程异常值。

具体点位布设如图2.3-1。

4.2 精度评定参照《国家三、四等水准测量规范》(GB/T12898-2009)中的规定，三等水准测量任务主要精度评定指标为测段、路线往返测高差不符值≤±12 mm，同时检测已测测段高差之差≤±20 mm(其中K为路线长度，R为测段长度)。

通过外业数据计算出本次测量任务高差不符值为△h改CD+△h改DC=-15mm；由勘测院提供数据算得H理CD=H理D-H理C，则检测测已测测段高差之差为H改CD-H理CD=-25mm；同时按坐标反算公式算出SC点至SD点的距离SCD=1.63km，再计算出三等水准的限差值：△h允=±15mm；H允=±26mm。

GPS水准在长距离跨河高程传递中的应用本文针对较长距离的跨河高程传递特点,提出了一种采用GPS高差和水准高差进行二次曲线或曲面拟合,从而完成跨河高程传递的技术方案,通过试验数据分析,得出了有益的结论。

该技术方案与其他方法相比,具有较为明显的优越性。

一绪论针对较长距离的跨河高程传递要求,在现有技术条件下寻求一种精度、效率更高,不受环境影响而又易于推广的跨河水准测量方案,以取代传统高程传递手段,是迫切需要的。

近年来一种基于高精度GPS相对定位和水准测量相结合的跨河高程传递技术——GPS水准方法受到人们的广泛关注但对于较长距离的高精度跨河高程传递,可以综合考虑局部大地水准面的不规则性和相关性,依据不同场地的详细状况,制定有针对性的GPS跨河水准测量方案。

二GPS高程拟合的方法2.1绘等值线图法这是最早的GPS水准方法。

其原理是:设在某一测区，有m 个GPS点，用几何水准联测其中n个点的正常高，依据GPS观测获得的点的大地高，求出n个公共点的高程异常。

然后，选定适合的比例尺，按n个公共点的平面坐标(平面坐标经GPS网平差后获得)，展绘在图纸上，并标注上相应的高程异常，再用1-5cm的等高距，绘出测区的高程异常图。

在图上内插出未联测几何水准的(m-n)个点的高程异常(未联测几何水准的GPS点称为待求点，下同)，从而求出这些待求点的正常高。

2.2地球重力场模型与GPS水准相结合法从目前我国实际状况来看，GPS重力高程的精度低于GPS 水准高程精度。

故采用重力场模型和GPS水准相结合的方法是一条有效的途径。

该方法的基本思路是:在GPS水准点上，将由GPS大地高程和水准正常高求得的高程异常亡与由重力场模型求得的高程异常亡。

进行比较，求出该地面点的两种高程异常的差值。

(2-1)然后再采用曲面拟合方法[1]，由公共点的平面坐标和推求其他点的，由此计算GPS网中未联测水准点的正常高程。

(2-2)2.3神经网络方法人工神经网络是一门新兴的交叉科学，它是生物神经系统的一种高度简化后的近似[2]。

关于GPS高程测量的若干理论与实践的研究摘要：本文通过对似大地水准面的模拟与GPS高程转换分析，指出GPS 高程转换软件(GPSCNV) 的实现。

关键词：GPS；高程测量；高程转换一、似大地水准面的模拟与GPS高程转换在地面点高程异常值的确定中，似大地水准面的模拟起着决定性的作用，几何解析法和重力法是对高程异常值进行确定的两种方法。

几何解析法是用一次或高次的解析多项式拟合出测区的似大地水准面, 进而内插出GPS点上的高程异常值。

计算点附近的地面重力是重力法最基本的手段，这样的方法可以将大地水准面的非线性变化部分得出来，在应用的过程中，地形数字模型和地球重力场模型数据是必不可少的内容之一，只有这样，地形起伏的影响和大地水准面的长、短波特性才能够反映出来。

本文主要就是介绍几种比较常用的GPS高程转换方法。

1、解析多项式法多项式拟合是在拟合区域内的水准重合点之间, 按削高补低的原则平滑出一个曲面，对于线状测区可拟合出曲线，来代表拟合区域的似大地水准面，供内插使用。

拟合有越大的范围，高程异常变化的复杂性就会越大，这种拟合就会出现很大的误差。

2、多面函数法在数学曲面中，多面函数法起着逼近的作用，最小二乘拟合和推估法在解算中发挥着重要的作用。

统计函数中包含最小二乘拟合和推估法，在没有很多高程异常资料的情况下，想要确定是很难的。

而距离的函数就是指多面函数的核函数，它的确定离不开几何关系，并且在待定高程点和已知高程点之间也会发挥一定的作用，权系数矩阵是其发挥的主要作用。

3、非参数回归法非参数回归法所运用的范围是较为广泛的。

在利用它的时候，会有清晰的思路，简单的模型，计算也不会很复杂，这些都是它自身存在的优点，概率密度估计的核估计和最邻近估计就是它的理论基础。

这个方法体现最为明显的就是适当地对函数进行选取，其中近邻权是一种具有优良大样本性质的权。

4、高程异常变化梯度法现在针对高程异常变化的估计已经成为一种趋势，对于离待求点距离最近的已知点的高程异常值要进行选择，使其转变为平滑值，最后在对待定点上的高程异常的波动值进行分析，做最终找到高程异常在未知点上的体现，这就是高程异常变化梯度法。

运用GPS水准进行较长距离跨河高程传递方法探讨[摘要]：本文针对较长距离的跨河高程传递特点，提出了一种采用GPS高差和水准高差进行二次曲线或曲面拟合从而完成跨河高程传递的技术方案，通过试验数据分析，得出了有益的结论。

该技术方案与其它方法相比，具有较为明显的优越性。

[关键词]：正常高；高程异常； GPS水准；拟合模型一、引言高精度的高程传递在公路、桥梁等工程建设以及海岛高程联测等国民经济建设的各个领域具有十分广泛的应用范围。

长期以来较长距离高程传递主要采用有静力水准法、动力水准法、常规大地测量法等，其中静力水准法由于采用高质量的连通管，其代价十分昂贵；而动力水准法需要基于长期的潮汐观测来实现，这决定了该方法周期很长并且需要建立长期验潮站；对于常规的光学跨河水准测量方法，随着测绘仪器也不断更新，今后的精密水准测量将主要采用电子水准仪，传统的高精度跨河水准测量中采用的光学测微法、倾斜螺旋法等将不能再继续利用，而其它跨河水准测量手段如经纬仪倾角法、测距三角法等又存在精度较低、效率不高、受通视条件制约等缺点。

因此，针对较长距离的跨河高程传递要求，在现有技术条件下寻求一种精度、效率更高、不受环境影响而又易于推广的跨河水准测量方案以取代传统高程传递手段是十分迫切需要的。

近年来，GPS（Global Position System）定位技术在我国测绘领域中得到了广泛的应用，有关GPS测量的理论和技术已日趋成熟，GPS精密大地高测定精度可达到毫米级精度，这为采用精密GPS定位技术进行跨河水准测量具备了理论上的前提条件，于是，一种基于高精度GPS相对定位和水准测量相结合的跨河高程传递技术——GPS水准方法受到人们的广泛关注。

GPS的定位精度与常规测量手段相比，具有较强的优越性，但由于我国目前采用的高程系统是与GPS大地高不同的正常高系统，是一个与似大地水准面为基准的物理量，而GPS 测量所得到的大地高，是一个与参考椭球面有关的几何量，两者间的差值并非常数关系，不能严格精确转换。

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一 Ｊ Ｉ ４ 观测 Fra bibliotek 器 与 观 测 方 法
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图 ３ ＧＰＳ跨 河 水 准 路 线 设 计 图
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而计 算 出水 准 高差。结 果表 明， 用这 种方 法得 到 的精度 可 靠 ， 采 满足 工程 要 求 。本 实践 得 出 了
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些 有益 启示 ， 类似 工程 有一 定 参考借 鉴 作 用 。 对
关 键 词 ： Ｓ跨 河 水 准 ； Ｓ测 量 法 ； 角 高 程 法 ； 设 方 法 ＧＰ ＧＰ 三 布 中 图分 类 号 ： ２ ４ Ｐ ２ 文献 标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ８９ ６ 一２ ０ ） ３Ｏ ３ —５ １ ０ —２ ８（ ０ ８ ０ －０ ７０ 等 水 准 精 度 标 准 ［［ ２引。 ］
隧道两 端 陆岸 的水 准 网联 结 以实 现 对 整 座 隧道 的 高程控 制 。
块 运动及 地质 灾害 监测 与预 报 、 工程 测量 等众 多 领
域 。 目前 ， 美 国 Ｇ Ｓ系 统 外 ， 盟 ＧＡｕＬ Ｏ、 除 Ｐ 欧 Ｅ 俄 罗斯 ＧＬ ＮＡ Ｓ 中 国北斗 卫星 系统 等均 已在轨 Ｏ Ｓ 、 运行 ， 今后 多 系统融 合定 位将 是 卫星 定位 技术 发 展 的 必然趋 势 ， 这对 提 高 测 量 定位 的 精度 、 靠 性 及 可
经过 实地 考 察 ， 合 跨 河 测 量 的具 体 要 求 ， 结 最
终选 择水 面宽 度 约 ２ ０ ｍ 处 的堤 岸埋 设 钢筋 砼 桩 １０

浅析GPS跨河水准测量作者：杨晓东来源：《科学与财富》2017年第23期摘要：伴随我们国家社会经济的不断进步，非常多拟建的与已经在建的特大规模的桥梁所跨过的水面宽度日益提升，传统形式的测量方法难以适应时代不断发展的需求，所需要的费用不断增多。

GPS技术具备较强的三维定位功能，凭借自身所具有的全天候、迅速测量的特征，为跨河水准测量提供了一种全新的测量方式。

本文就GPS跨河水准测量技术进行简单的分析。

关键词：GPS技术；跨河水准测量1 前言伴随GPS装置以及数据分析技术的不断创新，GPS技术在跨河水准测量层面，与传统形式的测量对比而言，具备显著的效率与技术优势。

GPS技术在具体的测量环节凭借全天候、较高的精准度、即时和高效、便于操作、同时能够提供国际通用的三维地心坐标、广泛的用途等特征所闻名，其在国家大地调控测量、工程测量以及地质灾害预测等层面已经获得了大量的运用。

当前，除了美国的GPS系统以外，俄罗斯的G LONASS、欧盟的GALILEO、中国的北斗卫星系统等等都已经处在正常工作状态，日后多体系结合定位将会是未来卫星定位技术日益进步的必然，其对于增强定位测量的精准程度、效率及可靠性等有着非常重要的作用。

2 GPS水准测量的原理GPS水准测量所指的是在较小范畴的GPS网里面，采取水准测量的形式联合检测网里面大量GPS点的正常高，此点被称之为公共点，其次按照公共点的正常高与大地高对所有公共点的高程异常进行计算，按照公共点的平面坐标与高程异常数值拟合运算形式，拟合出所有GPS点对应的正常高。

其方法主要有：加权平均、最小二乘推估以及多面函数拟合等等。

但是，从跨河水准测量层面而言，上述方式均难以执行。

所以，运用GPS水准测量针对跨河水准进行测量，其重点计算的便是高程异常的改变率，其工作机理如下：在跨河点连线两侧的延长线中分别设立两个不同的非跨河点，按照GPS数据计算所获得的WGS-84大地高差和水准正常高差计算出河两侧的高程异常的改变率，从而能够得到跨河边的高差。

工 程 技 术DOI：10.16661/ki.1672-3791.2018.11.063沿海河涌GPS跨河水准测量实测分析吴小龙 丁楠 李秀龙(珠海市测绘院 广东珠海 519015)摘　要：水准测量是工程建设中的一项关键性基础工作，而水准线路在布设过程中经常会遇到江河、宽沟、湖泊、山谷等障碍物，在经典的水准测量方法无法实现或难以实现的情况下，可以采用GPS跨河水准测量方法。

本文基于GPS跨河水准测量基本原理和方法，以具体沿海河涌桥梁建设二等GPS跨河水准测量工作为例，给出了实测布设方案和高差传递计算过程，引入已有的四等水准点成果和1cm级区域水准面精化成果进行了对比分析，其高差较差结果分别为9mm和2mm，成果可靠，符合度高。

关键词：GPS跨河水准 高程异常变化率 沿海 实测分析中图分类号：P258文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)04(b)-0063-03工程建设中常常需引入高程基准即进行水准测量，而水准路线的布设难免会遇到河流、湖泊、山谷、沟堑等不利地形或障碍物，此时需根据工程精度要求和环境因素，选择能满足工程要求且便捷可行、成本较低的最优水准测量方案。

传统的水准测量方法包括直接法几何水准测量、光学测微法水准测量、经纬仪倾角法水准测量、测距三角高程法水准测量等方法，普遍存在外业工作量大、效率较低，且部分方法受最大视距限制影响，难以满足大跨度、高精度高程传递的需求。

GPS跨河水准测量方法[1]是利用GPS定位技术和局地高程异常变化特征实现高程传递的可选手段。

对比传统的水准测量方法，GPS跨河水准测量具有相对跨度大、易于实现、误差积累小等优点[2]，适合平坦地区(如平原、河口、沿海地带等高程异常变化趋势较缓和的地带)局部的水准测量工作。

本文以位于广东省珠海市沿海的珠江~西江河涌某跨河大桥GPS跨河水准测量为例展开实测与分析。

测区为珠江与西江出海口密集河网内某主干河涌两侧，桥梁设计主跨度长约1.2km，全长约2km。

论GPS技术在水利工程测量中的价值及实践摘要：GPS技术是水利工程建设中的一项重要技术创新，其具有十分广阔的发展前景。

在水利工程测量中，应用较为广泛的GPS技术主要有外业测量、GPS布网工作和实时动态测量方法，本文主要分析了GPS技术在水利工程测量中应用，以供参考。

关键词：GPS技术；水利工程测量；应用现阶段，我国水利工程对测量精度的要求显著提高，以往的测量技术已经无法满足上述需要。

GPS技术的应用满足了水利工程测绘精度、连续性以及功能多样性的要求，因此在现代水利工程建设中得到了广泛应用。

1 GPS技术测量原理分析在GPS技术测量中，其至少需要发送三颗卫星，结合接收机发射所提出的指令需求，分析某一时刻给出的导航讯息，然后建立与之对应的数学模型，经精密计算后，确定接收机的具体位置，获取更加精准的定位信息。

2 GPS系统在水利工程测量中的作用GPS系统在水利工程测量中的应用能够提高定位的准确性，GPS系统在长期的应用中日渐完善，如今，其定位的精度能够达到厘米级，且多个工程实例证明，在对100km以内事物定位时，其精度可达到100mm。

GPS技术可高效应用在水利工程测量中，对于地质相对复杂的位置，其测量效果较为理想。

另外，该技术的应用显著缩短了测量的时间。

GPS利用24颗卫星完成定位导航，同时发出的信号可覆盖较大范围，其可实现长期连续工作。

与传统的测量方式相比，该技术测量的时间显著缩短，实现了测量的全程监控。

研究显示，水利工程测量工作中合理应用GPS系统可在几分钟甚至几秒钟之内获取准确的数据，其在监控的动态性、连续性以及测量的速度方面均具有显著的优势。

再者，测量人员利用GPS系统可了解并掌握测量中可能会发生的险情，及时做出警报，并采取有效的控制措施，完善水利工程的建设。

在水利工程测量中，测站站点数量较多，大型水利工程尤其如此，但是站点间距离较大，阻碍了测量工作以及测量人员的交流。

GPS技术的应用可保证占地案件信号的正常交换，解决通视问题，站点间的工作人员也可更好地取得沟通和交流。

GPS系统在水利工程测量中的实践与探索摘要：随着我国社会经济的不断快速发展，科学技术的不断进步，GPS系统被广泛的应用于我国社会的各个领域，并且发挥着越来越重要的作用。

目前我国的水利工程事业得到了平稳较快的发展，而在水利工程建设实施的过程中，GPS技术的广泛应用，不仅有效的提高了在水利工程测量工作时的工作效率，而且大大提升了水利测量工作的精确度，为我国水利工程的安全施工打下良好坚实的基础。

本文将在水利工程的测量时，GPS技术的主要原理、使用测量时的优点、使用的现状以及未来的应用前景等作进一步的阐述。

关键词：水利工程测量；GPS系统原理；使用优点；现状；应用前景一、GPS系统的使用原理目前，我国GPS的发展技术已经发展到了十分成熟的阶段，通过不断的与各个领域的系统相结合，逐渐的参与到人们的日常生活中，并发挥出越来越重要的作用。

而在我国水利工程的测量中，通过与GPS系统不断的融合发展，也产生了非常巨大可喜的变化。

GPS系统作为水利工程测量的核心，其最主要的任务是进行信号的接收与传输工作。

主要设备有主机、电源以及天线等等。

通过借助无线电，不断地进行移动，之后通过不间断的信号的传输，对其进行实时准确的定位。

其优点是不仅测量时间短，而且可以长时间的不间断的进行工作，在一定程度上节省了宝贵的人力物力资源，大大的缩短工程时间，使经济效益得到显著提高。

二、GPS系统在实际测量中的优点（一）测量速度快且效率高在实际水利工程的测量过程中，通过合理有效的利用GPS技术，合理的架设测量基站，同时将流动站点置于水利工程人员身上。

在大多数情况下，短短几秒钟内便可顺利完成对于测量点的准确定位，不仅大大提高了测量时的效率，而且提高了测量时的速度。

（二）数据精确度高在实际水利工程的测量过程中，由于GPS系统完全不会受到任何天气状况的影响，因此无论何时都能够为我国的水利测量工程提供准确并且实时的测量数据。

不仅如此，GPS系统还可以通过可以精确到厘米级别的测量精度，对测量点的三维坐标进行精确地测量，极大地提高了测量数据的精确度。