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[關(guān)鍵詞]多項(xiàng)式曲線擬合模型 大地高 正常高 四等水準(zhǔn)
[中圖分類號(hào)] P224 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X(2014)-4-179-1
1引言
GPS技術(shù)的出現(xiàn),為確定地面點(diǎn)的高程提供了新的途徑。但GPS測得的是WGS-84大地高,而我國高程采用的是正常高,為此,必須實(shí)現(xiàn)GPS大地高向正常高的轉(zhuǎn)換。從理論上講,實(shí)現(xiàn)GPS大地高向正常高的轉(zhuǎn)換的最好方法是綜合利用GPS測量數(shù)據(jù)、重力測量數(shù)據(jù)和地球重力場模型。但對(duì)一般工程單位而言,不具備獲得必要重力資料的能力,因此,擬合法是進(jìn)行GPS高程轉(zhuǎn)換的首選方案。探討擬合后的GPS高程精度,可以為以后類似項(xiàng)目提供借鑒,具有重要的研究價(jià)值。
2方法
2.1概述
在長距離線狀工程控制測量中,高程控制測量大多使用等級(jí)水準(zhǔn)法,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,效率低下。如果將高精度的GPS大地高轉(zhuǎn)換為正常高,轉(zhuǎn)換后的高程精度如何,值得探討。
根據(jù)文獻(xiàn)[1],線狀工程適合使用多項(xiàng)式曲線擬合模型擬合,選擇部分控制點(diǎn),使用多項(xiàng)式曲線擬合模型將大地高轉(zhuǎn)換為正常高,根據(jù)高等級(jí)水準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算高程較差,根據(jù)等級(jí)水準(zhǔn)限差及控制點(diǎn)間距離判斷GPS擬合高程達(dá)到的精度。
2.2多項(xiàng)式曲線擬合模型介紹
當(dāng)需要擬合的高程點(diǎn)近似線狀分布時(shí),可以用直線或曲線來擬合測線方向及方向線左右任一點(diǎn)的高程異常。若將坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成 與測線方向重合, 與測線方向垂直, 設(shè)測點(diǎn)的高程異常 和擬合坐標(biāo) 的函數(shù)關(guān)系為
對(duì)于公式(1),當(dāng)只取a0、a1兩項(xiàng)時(shí)為直線擬合,當(dāng)取a0、a1和 a2三項(xiàng)時(shí)為二次曲線擬合,必要觀測數(shù)分別為直線擬合至少需要2個(gè)GPS/水準(zhǔn)控制點(diǎn),二次曲線擬合至少需要3個(gè)GPS/水準(zhǔn)控制點(diǎn)。當(dāng)GPS/水準(zhǔn)控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)多于必要觀測數(shù)時(shí),可以利用最小二乘法求解。GPS/水準(zhǔn)控制點(diǎn)的殘差 ,在 的條件下解出公式(1)中的各個(gè)系數(shù) ,繼而求得各擬合點(diǎn)的高程異常,從而將GPS測量得到的大地高轉(zhuǎn)換為正常高。
3算例
3.1項(xiàng)目概況
某客運(yùn)專線位于平原地區(qū),測區(qū)地形簡單,地勢平坦,已經(jīng)完成CPI布設(shè)及測量,選取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的路段全長約128km,共布設(shè)CPI控制點(diǎn)33點(diǎn),平均距離約4km。CPI按照二等GPS要求測量,均聯(lián)測二等水準(zhǔn)。經(jīng)平差計(jì)算,該項(xiàng)目CPI成果滿足TB10601-2009《高速鐵路工程測量規(guī)范》、GB/T12897-2006《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》的要求。
3.2GPS擬合高程精度分析
選擇均勻分布的 5個(gè)GPS/水準(zhǔn)控制點(diǎn)使用多項(xiàng)式曲線模型進(jìn)行擬合計(jì)算,剩余GPS/水準(zhǔn)控制點(diǎn)進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì),參與擬合的GPS/水準(zhǔn)控制點(diǎn)間平均距離約16km。根據(jù)公式(1),計(jì)算未參與擬合的CPI控制點(diǎn)高程異常,從而將大地高轉(zhuǎn)換為正常高。由于二等水準(zhǔn)高程精度較高,與GPS擬合高程對(duì)比時(shí)可以視為真值,求取GPS擬合高程與二等水準(zhǔn)高程間的較差及該點(diǎn)到參與擬合的最近GPS/水準(zhǔn)控制點(diǎn)距離,根據(jù)等級(jí)水準(zhǔn)限差判斷GPS擬合高程達(dá)到的精度,統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。
可以看出,GPS擬合高程與二等水準(zhǔn)高程較差較小,均在50mm以內(nèi),GPS擬合高程精度較高。其中較差最大點(diǎn)為CPI157,較差為45.5mm;只有一個(gè)控制點(diǎn)不能滿足四等水準(zhǔn)限差要求,對(duì)應(yīng)的點(diǎn)號(hào)同樣為CPI157。以二等水準(zhǔn)高程為真值,計(jì)算GPS擬合高程的中誤差為27.55mm。從整體看,在地勢平坦區(qū)域的帶狀測量項(xiàng)目中,選擇合適的GPS/水準(zhǔn)控制點(diǎn)使用多項(xiàng)式曲線擬合,可以滿足四等水準(zhǔn)精度。
4結(jié)束語
根據(jù)擬合結(jié)果,在平坦區(qū)域,使用多項(xiàng)式曲線擬合可以達(dá)到厘米級(jí)精度,能滿足四等水準(zhǔn)要求。由于GPS高程缺乏必要的檢核條件,使用GPS擬合高程時(shí),應(yīng)進(jìn)行精度檢核。隨著各地厘米計(jì)似大地水準(zhǔn)面的建立,GPS高程擬合精度將會(huì)更高,計(jì)算更方便,將得到更廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
級(jí)別:CSSCI南大期刊
榮譽(yù):中國期刊全文數(shù)據(jù)庫(CJFD)
級(jí)別:省級(jí)期刊
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