GPS高程拟合在公路工程测量中的应用.doc

GGPS高程拟合在公路工程测量中的应用  摘 要 随着社会现在科学的进步，全球卫星定位系统（GPS）这一先进的导航定位技术也随之发展起来。GPS技术已经在大范围高精度测量控制网、城市控制网、工程控制网、测绘控制网中起着十分重要的作用。特别是在具有跨越区域长、沿线地形变化复杂等特点的工程中，该技术显示了常规测量无可比拟的优越性，大大减轻了劳动强度，提高了工作效率和测量精度。 本文结合工程实例数据对两种方法作了分析比较，通过拟合结果得知当纵横向跨度较小，地形变化平缓时，两种拟合方法都可以达到三等水准的精度，而当测区较大，地形变化复杂时，三次样条拟合法将不再适用，而移动曲面拟合法则可以达到等外水准的要求，满足不同等级公路工程、桥梁工程和隧道工程的需要。 关键词：1、GPS高程；2、高程拟合；3、公路  目 录 目 录 5 一、绪 言 6 （一）研究背景 6 （二）GPS高程拟合的研究现状 6 （三）本文主要内容 9 二、GPS在公路工程中应用现状 10 （一）GPS公路测设测量的应用 10 （二）GPS公路控制测量的应用 10 （三）GPS桥、隧形变监测的应用 10 三、高程拟合的精度分析及常用方法 12 （一）高程拟合的原理 12 （二）高程拟合的误差来源 14 （三）小结 15 四、GPS高程拟合在公路测量中的实例应用 16 （一）GPS高程拟合的精度评定指标 16 （二）公路工程中拟合模型适用性分析 16 （三）拟合结果的分析 21 （四）小结 21 五、结论 23 致 谢 24 参考文献 25  一、绪 言 （一）研究背景 全球卫星定位系统（GPS）是随着现代科学的发展而兴起的先进导航定位技术，由于GPS技术具有全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，己经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。由于GPS测量有传统测量不可取代的优点，GPS测量技术在工程测量中的地位日益重要。特别是在具有跨越区域长、沿线地形变化复杂等特点的工程中的应用，显示了常规测量无可比拟的优越性，大大减轻了劳动强度，提高了工作效率和测量精度。 GPS在公路勘察中的应用，目前从初步设计阶段建立工程控制网和航片像控测量，到施工图阶段的平、纵、横测量等，几乎覆盖了公路勘察设计的整个阶段，随着近几年高等级公路的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于线路长，已知点少，工期短等，用常规测量手段很难达到这些要求。目前，国内己逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右，达到了常规方法难以实现的精度，同时也大大提前了工期。GPS技术也同样应用于特大桥隧的控制测量中，由于无需通视，可构成较强的网形，减少了常规方法中的许多中间环节，提高了点位精度。因此，GPS技术的速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益。 （二）GPS高程拟合的研究现状 随着GPS定位技术的广泛应用，人们己经能够在10-6至10-9的精度量级上简捷而经济地获得所测点位的平面精度，但却一直未能以相应的精度得到点的高程。众所周知，GPS测量的优越性和现代特征之一是能同时获得测站的平面和高程两方面的信息。长期以来，工程应用领域只是利用了GPS测量中的平面位置信息，浪费了高程信息，未能充分发挥GPS测量可提供三维坐标的优越性。因此，GPS测量正常高的研究不仅具有一定的理论意义，而且具有非常重要的现实意义，有着广阔的应用前景。 GPS获得的高程是参照WGS-84参考椭球面而言的，称为大地高(或椭球面高)；而传统水准测量所测得的高程则是参照于大地水准面或似大地水准面而言的，称为正高或正常高(我国采用正常高系统)。由于基准面的不同，使得这两种高程存在着本质上的差别。参考椭球面与似大地水准面之差称为高程异常，由于GPS测高要远比传统水准测量来得便捷，故人们期望能用GPS高程测量来逐步取代传统的水准测量，而成果又希望统一使用测站点的正常高，这就需要研究GPS大地高与正常高之间的转换关系，从而需要研究高程异常的问题。 纵观高程异常的确定方法，可以分为几何解析法，重力法以及几何解析法和重力法结合的混合方法。 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。 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高程异常以及正常高的方法，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