GPS测量与数据处理4_第十二章_GPS网平差

1、2005-2011. 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院 空间定位与导航工程研究所空间定位与导航工程研究所1GPS测量与数据处理测量与数据处理武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院 空间定位与导航工程研究所空间定位与导航工程研究所2联系信息联系信息朱智勤朱智勤 办公室：办公室： 测绘学院测绘学院4楼楼423室室 电话：电话：office)Email： zhq_3 理论课时：理论课时：36 实验课时：实验课时： 课程性质：方向必修课程性质：方向必修 学分：学分：2 所用教材：李征航，黄劲松编著所用教材：李征航，黄劲松编著 ，GPS测量与数据处理（

2、第二测量与数据处理（第二版）版），武汉大学出版社，武汉大学出版社，2010 考核形式：考试考核形式：考试(60%)+作业作业(20%)+课堂课堂(20%)课程设置课程设置2005-2011. 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院 空间定位与导航工程研究所空间定位与导航工程研究所4第十二章第十二章 GPS网平差网平差5GPS网平差网平差12.1 网平差的类型及作用网平差的类型及作用 12.2 网平差的流程网平差的流程12.3 网平差原理及质量控制网平差原理及质量控制12.4 采用采用GPS技术建立独立坐标系技术建立独立坐标系12.5 GPS高程测量高程测量2005-2011. 武汉大学武汉大学 测

3、绘学院测绘学院 空间定位与导航工程研究所空间定位与导航工程研究所6第一节第一节 网平差的类型及作用网平差的类型及作用7GPS网平差的目的网平差的目的GPS网由多台接收机网由多台接收机进行多个时段的进行多个时段的同步观测来逐步形成。同步观测来逐步形成。8GPS网平差的目的网平差的目的GPS网网 采用采用GPS定位技术所建立的测量控制网，由定位技术所建立的测量控制网，由GPS点和基点和基线向量所构成。线向量所构成。其目的是为了确其目的是为了确定网中各点在指定网中各点在指定坐标参照系下定坐标参照系下的坐标的坐标9GPS网平差的目的网平差的目的 消除由观测量和已知条件中存在的误差所引起的消除由观测量和

4、已知条件中存在的误差所引起的GPS网在网在几何上的不一致几何上的不一致 闭合条件闭合条件 重复条件重复条件 附合条件附合条件 改善改善GPS网的质量，评定网的质量，评定GPS网的内符合精度网的内符合精度 确定点在指定参照系下的坐标以及其它所需参数的估值确定点在指定参照系下的坐标以及其它所需参数的估值 引入位置基准引入位置基准 引入其它的起算条件引入其它的起算条件10GPS网平差的最少约束条件数网平差的最少约束条件数 GPS网的必要基准网的必要基准 1个位置基准（3个约束条件）11GPS网平差的类型网平差的类型 分类一：分类一： 无约束平差无约束平差/最小约束平差最小约束平差 约束平差约束平差

5、联合平差联合平差 分类二：分类二： 三维平差三维平差 二维平差二维平差12GPS网平差的类型网平差的类型 无约束平差（最小约束平差或自由网平差）无约束平差（最小约束平差或自由网平差） 观测值观测值 GPS观测值（观测值（GPS基线向量）基线向量） 约束条件约束条件 无或最少约束条件数无或最少约束条件数 目的目的 判别是否存在粗差基线判别是否存在粗差基线 调整各基线向量观测值的权调整各基线向量观测值的权 确定各点在地心地固系下的相对位置关系确定各点在地心地固系下的相对位置关系 特点特点 不会使得网形（尺度和方位）产生变化不会使得网形（尺度和方位）产生变化13GPS网平差的类型网平差的类型 约束平

6、差约束平差 观测值观测值 GPS观测值（观测值（GPS基线向量）基线向量） 约束条件约束条件 多于最少约束条件数多于最少约束条件数 目的目的 确定各点在指定坐标参照系下的坐标确定各点在指定坐标参照系下的坐标 特点特点 会使得网形（尺度和方位）产生变化会使得网形（尺度和方位）产生变化14GPS网平差的类型网平差的类型 联合平差联合平差 观测值观测值 GPS观测值（观测值（GPS基线向量）基线向量） 地面常规观测值地面常规观测值 约束条件约束条件 多于最少约束条件数多于最少约束条件数 目的目的 确定各点在指定坐标参照系下的坐标确定各点在指定坐标参照系下的坐标2005-2011. 武汉大学武汉大学

7、测绘学院测绘学院 空间定位与导航工程研究所空间定位与导航工程研究所15第二节第二节 网平差的流程网平差的流程16网平差的整体流程网平差的整体流程是否17网平差的整体流程网平差的整体流程 网平差的步骤网平差的步骤 提取基线向量，构建提取基线向量，构建GPS基线向量网基线向量网 三维无约束平差三维无约束平差 约束平差约束平差/联合平差联合平差 质量分析与控制质量分析与控制18网平差的整体流程网平差的整体流程 提取基线向量的原则提取基线向量的原则 必须选取相互独立的基线必须选取相互独立的基线 所选取的基线应构成闭合的几何图形所选取的基线应构成闭合的几何图形 选取质量好的基线向量选取质量好的基线向量

8、选取能构成边数较少的异步环的基线向量选取能构成边数较少的异步环的基线向量 选取边长较短的基线向量选取边长较短的基线向量19网平差的整体流程网平差的整体流程 三维无约束平差三维无约束平差 根据无约束平差结果，判别在所构成的根据无约束平差结果，判别在所构成的GPS网网中是否含有粗差基线；必须使得最后用于构网中是否含有粗差基线；必须使得最后用于构网的所有基线向量均满足质量要求的所有基线向量均满足质量要求 调整各基线向量观测值的权，使得它们相互匹调整各基线向量观测值的权，使得它们相互匹配配20网平差的整体流程网平差的整体流程 约束平差约束平差/联合平差联合平差 可在三维或二维空间中进行可在三维或二维空

9、间中进行 约束平差的具体步骤约束平差的具体步骤 指定进行平差的基准和坐标系统指定进行平差的基准和坐标系统 指定起算数据指定起算数据 检验约束条件的质量检验约束条件的质量 进行平差解算进行平差解算21网平差的整体流程网平差的整体流程 质量分析与控制质量分析与控制 基线向量的改正数基线向量的改正数 相邻点的中误差和相对中误差相邻点的中误差和相对中误差22无约束平差的流程无约束平差的流程23约束平差的流程约束平差的流程24联合平差的流程联合平差的流程2005-2011. 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院 空间定位与导航工程研究所空间定位与导航工程研究所25第三节第三节 网平差原理网平差原理26空间

10、直角坐标与大地坐标间的微分关系空间直角坐标与大地坐标间的微分关系 ()27GPS基线向量基线向量 观测值及其权阵观测值及其权阵 单基线解 一条单基线解28GPS基线向量基线向量 观测值及其权阵观测值及其权阵 单基线解 所有参与构网的基线解29GPS基线向量基线向量 观测值及其权阵观测值及其权阵 多基线解 一个时段的多基线解30GPS基线向量基线向量 观测值及其权阵观测值及其权阵 多基线解 参与构网的所有基线解31GPS基线向量基线向量 观测方程观测方程32GPS基线向量基线向量 误差方程误差方程 空间直角坐标系 大地坐标系或或33地面常规观测量地面常规观测量p空间距离空间距离p方位角方位角p方

11、向方向p天顶距天顶距34地面常规观测量地面常规观测量 () 空间距离空间距离 观测方程 误差方程35地面常规观测量地面常规观测量 () 方位角方位角 观测方程 误差方程36地面常规观测量地面常规观测量 () 方向方向 观测方程 误差方程37地面常规观测量地面常规观测量 () 天顶距天顶距 观测方程 误差方程38起算数据起算数据 起算数据的类型起算数据的类型 起算点起算点 起算边长起算边长 起算方位起算方位39起算数据起算数据 起算点起算点 条件方程40起算数据起算数据 () 起算边长起算边长 条件方程41起算数据起算数据 () 起算方位起算方位 条件方程42三维无约束平差三维无约束平差 一条基

12、线向量的观测方程一条基线向量的观测方程43三维无约束平差三维无约束平差 总误差方程总误差方程44三维无约束平差三维无约束平差 总误差方程总误差方程45三维无约束平差三维无约束平差 起算基准起算基准 方法一：引入一个起算点46三维无约束平差三维无约束平差 起算基准起算基准 方法二：采用秩亏自由网基准47三维无约束平差三维无约束平差 方程的解方程的解 方程的解方程的解481()bbggXNNWTbbNB PBTggNGGTWB PL0XXx0333TV PVmn待定点坐标参数估值：观测值的单位权中误差：49三维无约束平差三维无约束平差 单位权方差的检验单位权方差的检验50三维无约束平差三维无约束平

13、差 单位权方差的检验单位权方差的检验 作用作用 观测值的先验单位权方差是否合适；观测值的先验单位权方差是否合适； 各观测值之间的权比关系是否合适。各观测值之间的权比关系是否合适。 检验未通过所反映出的问题检验未通过所反映出的问题 给定了不适当的先验单位权方差；给定了不适当的先验单位权方差； 观测值之间的权比关系不合适；观测值之间的权比关系不合适； 观测值中可能存在粗差。观测值中可能存在粗差。51三维约束平差三维约束平差基本方法基本方法方法一：方法一：利用已知参心坐标，计算参心系到地心系的转换关系，将已利用已知参心坐标，计算参心系到地心系的转换关系，将已知的参心坐标转换到地心坐标系下；知的参心坐

14、标转换到地心坐标系下；然后在地心系下进行约束平差；然后在地心系下进行约束平差；最后，将平差结果转换到参心坐标系最后，将平差结果转换到参心坐标系方法二：方法二：建立包含地心系到参心系的转换参数和参心系下坐标参数在建立包含地心系到参心系的转换参数和参心系下坐标参数在内的统一函数模型，内的统一函数模型，指定参心系下已知点坐标作为约束条件，平差后可直接得出指定参心系下已知点坐标作为约束条件，平差后可直接得出待定点在参心系下的坐标。待定点在参心系下的坐标。（在这里主要介绍第二种方法的数学模型。）（在这里主要介绍第二种方法的数学模型。）52三维约束平差三维约束平差 () 一条基线向量的观测方程一条基线向量

15、的观测方程 一条基线向量的误差方程一条基线向量的误差方程53三维约束平差三维约束平差 () 总误差方程总误差方程54三维约束平差三维约束平差 () 约束条件约束条件55三维约束平差三维约束平差 () 约束条件约束条件56三维约束平差三维约束平差 () 方程的解方程的解57三维约束平差三维约束平差 单位权方差的检验单位权方差的检验 目的目的 确定起算数据是否与确定起算数据是否与GPS观测成果相容观测成果相容 检验未通过所反映出的问题检验未通过所反映出的问题 起算数据的质量不高起算数据的质量不高 GPS网的质量不高网的质量不高58三维联合平差三维联合平差 略略59观测值观测值(基线向量基线向量)质

16、量的检验质量的检验 方法方法 残差检验 处理方法 删除劣质基线基线 对劣质基线降权0120120|1iiiiiivqtvvqtq或（标准化残差）60观测值观测值(基线向量基线向量)质量的检验质量的检验 规范要求规范要求61起算点质量的检验起算点质量的检验 方法方法 方差因子检验（ 2检验） 检查点法 符合路线法62起算点质量的检验起算点质量的检验 方差因子检验（方差因子检验（ 2检验）检验） 方法：检验约束平差的验后方差因子与无约束平差的验后方差因子是否一致。 特点：理论方法，实用性差。63推算推算2个点个点固定固定3个点个点起算点质量的检验起算点质量的检验 检查点法检查点法 方法：当有多个已

17、知点时，可先仅固定其中部分点进行平差，然后将平差得到的点坐标与已知成果进行比较，以判定起算点成果的质量。 特点：实用性强，可用现有网平差软件进行，但需要有三个以上的已知点。64起算点质量的检验起算点质量的检验 符合路线法符合路线法 方法：从某个已知点，经过由若干基线向量所组成的导线，推算出另一已知点的坐标，对推算值与已知值进行比较，以判定起算点成果的质量。 特点：实用性强，但无法利用现有的网平差软件进行。2005-2011. 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院 空间定位与导航工程研究所空间定位与导航工程研究所65第四节第四节 采用采用GPS技术建立技术建立独立坐标系独立坐标系66国家坐标系与独

18、立坐标系国家坐标系与独立坐标系 国家坐标系国家坐标系 按规定进行投影分带，通常是按规定进行投影分带，通常是6 带或带或3 带；带； 投影中央子午线根据投影区域所处分带得出：如果是投影中央子午线根据投影区域所处分带得出：如果是6 带，带，则投影的中央经线为则投影的中央经线为6n 3；如果是；如果是3 带，则投影的中央经带，则投影的中央经线为线为3n，其中，其中n为投影带的带号；为投影带的带号； 投影面为国家大地基准所确定的参考椭球面；投影面为国家大地基准所确定的参考椭球面； 在投影面上，投影带中央经线的投影为纵轴（在投影面上，投影带中央经线的投影为纵轴（X轴）、赤道轴）、赤道投影为横轴（投影为横

19、轴（Y轴），它们的交点为原点。轴），它们的交点为原点。 独立坐标系独立坐标系 不按国家坐标系方法进行定义的坐标系为独立坐标系。不按国家坐标系方法进行定义的坐标系为独立坐标系。67独立坐标系独立坐标系 产生原因产生原因限制投影变形限制投影变形方便工程施工方便工程施工68独立坐标系独立坐标系 分类分类地方坐标系地方坐标系 采用标准投影公式，投影中央经线根据具体要求人采用标准投影公式，投影中央经线根据具体要求人为指定，通常通过投影区域中央，而投影面为当地为指定，通常通过投影区域中央，而投影面为当地的平均高程面，通常用于城市坐标系。的平均高程面，通常用于城市坐标系。工程坐标系工程坐标系 坐标原点和坐标

20、轴的指向都根据具体要求人为指定，坐标原点和坐标轴的指向都根据具体要求人为指定，坐标归化到指定的高程面上。坐标归化到指定的高程面上。69独立坐标系独立坐标系 地方坐标系地方坐标系特点：采用标准投影公式，投影中央经线根据具体要求人为特点：采用标准投影公式，投影中央经线根据具体要求人为指定，通常通过投影区域中央，而投影面为当地的平均高程指定，通常通过投影区域中央，而投影面为当地的平均高程面，通常用于城市坐标系；面，通常用于城市坐标系；存在坐标系的旋转、平移和尺度的问题，旋转角通常较小；存在坐标系的旋转、平移和尺度的问题，旋转角通常较小；产生原因：由于最初在建立坐标系时，由于技术条件的限制，产生原因：

21、由于最初在建立坐标系时，由于技术条件的限制，定向、定位精度有限，导致最终所定义出来的坐标系与国家定向、定位精度有限，导致最终所定义出来的坐标系与国家坐标系在坐标原点和坐标轴指向上有所差异。还有一种情况，坐标系在坐标原点和坐标轴指向上有所差异。还有一种情况，就是出于成果保密等原因，在按国家坐标系进行数据处理后，就是出于成果保密等原因，在按国家坐标系进行数据处理后，对所得坐标成果进行一定的平移和旋转，得出独立坐标系。对所得坐标成果进行一定的平移和旋转，得出独立坐标系。70独立坐标系独立坐标系 工程坐标系工程坐标系特点：坐标原点和坐标轴的指向都根据具体要求人为指定，坐标特点：坐标原点和坐标轴的指向都

22、根据具体要求人为指定，坐标归化到指定的高程面上。归化到指定的高程面上。存在坐标系的旋转、平移和尺度的问题，旋转角通常较大；存在坐标系的旋转、平移和尺度的问题，旋转角通常较大；产生原因：是在工程应用中，为了满足工程的要求以及工程计算产生原因：是在工程应用中，为了满足工程的要求以及工程计算或施工放样的方便，采用的一种极为特殊的参考系。其平面高度、或施工放样的方便，采用的一种极为特殊的参考系。其平面高度、坐标轴指向和坐标轴指向和/ /或坐标原点根据工程需要定义的特点。或坐标原点根据工程需要定义的特点。实例：实例： 桥轴线坐标系桥轴线坐标系：桥轴线为坐标系的纵轴；通过指定桥轴线上一：桥轴线为坐标系的纵

23、轴；通过指定桥轴线上一点的坐标来确定坐标系的原点；将坐标平面置于桥墩顶平面处。点的坐标来确定坐标系的原点；将坐标平面置于桥墩顶平面处。 坝轴坐标系坝轴坐标系：坝轴线方向为横轴；通过指定某一点的坐标来确：坝轴线方向为横轴；通过指定某一点的坐标来确定坐标系的原点；坐标系的纵轴与水流方向平行，指向下游；定坐标系的原点；坐标系的纵轴与水流方向平行，指向下游；坐标平面为放样精确要求最高的平面（一般为厂房基础平面），坐标平面为放样精确要求最高的平面（一般为厂房基础平面），也有可能是各安装平面的平均高程面。也有可能是各安装平面的平均高程面。 71 建立独立坐标系需要解决的两个问题：建立独立坐标系需要解决的两

24、个问题： 将成果归化到特定投影面上将成果归化到特定投影面上 独立坐标系的旋转、平移和尺度的问题独立坐标系的旋转、平移和尺度的问题GPS技术建立独立坐标系的基本方法技术建立独立坐标系的基本方法72建立独立坐标系的基本方法建立独立坐标系的基本方法方法一方法一 进行进行GPSGPS网的无约束平差，得到地心地固系下网的无约束平差，得到地心地固系下的坐标；的坐标； 将将GPSGPS测定的三维坐标投影到独立坐标系所在测定的三维坐标投影到独立坐标系所在的平均高程面或指定高度的高程面上；的平均高程面或指定高度的高程面上；1)1) 进行进行平移平移和和旋转旋转变换得出最终的坐标。变换得出最终的坐标。73建立独立

25、坐标系的基本方法建立独立坐标系的基本方法方法二方法二 通过约束平差或基准转换，得出国家大地基通过约束平差或基准转换，得出国家大地基准下的坐标；准下的坐标； 通过坐标投影，将三维坐标投影到参考椭球通过坐标投影，将三维坐标投影到参考椭球面上；面上；1)1) 进行坐标的相似变换，从而得出最终的坐标。进行坐标的相似变换，从而得出最终的坐标。( (对于这种情况，要求事先在网中测定几条高精度的对于这种情况，要求事先在网中测定几条高精度的激光测距边，在处理时既可以将这些边当做约束值，激光测距边，在处理时既可以将这些边当做约束值，也可以将它们当做观测值，与也可以将它们当做观测值，与GPSGPS基线向量观测值一

26、基线向量观测值一起进行平差起进行平差) )74投影面转换投影面转换 直接法和间接法直接法和间接法 直接法直接法 通过基准转换和投影变换实现通过基准转换和投影变换实现 具体方法：椭球平移法和椭球膨胀法具体方法：椭球平移法和椭球膨胀法 间接法间接法 通过投影变换和相似变换（实际上是进行比例缩放）通过投影变换和相似变换（实际上是进行比例缩放）实现实现75投影面转换投影面转换 椭球平移法椭球平移法 基本思想76投影面转换投影面转换 椭球平移法椭球平移法 算法流程77投影面转换投影面转换 椭球膨胀法椭球膨胀法 基本思想78投影面转换投影面转换 椭球膨胀法椭球膨胀法 算法流程79投影面转换投影面转换椭球平

27、移法与椭球膨胀法的比较椭球平移法与椭球膨胀法的比较都适合于在没有外部约束（即没有独立坐标系下的多都适合于在没有外部约束（即没有独立坐标系下的多个已知点或至少一条已知边长）的条件下建立独立坐个已知点或至少一条已知边长）的条件下建立独立坐标系；标系；1) 采用椭球平移法时，由于进行椭球平移后的球面坐标采用椭球平移法时，由于进行椭球平移后的球面坐标与平移前的球面坐标在数值上会产生较大差异，因此，与平移前的球面坐标在数值上会产生较大差异，因此，虽然投影时所采用的椭球参数并未改变，但所得到的虽然投影时所采用的椭球参数并未改变，但所得到的指定高程面上的平面坐标与国家参考椭球的椭球面上指定高程面上的平面坐标

28、与国家参考椭球的椭球面上的平面坐标在数值上有很大差异，不过点与点之间的的平面坐标在数值上有很大差异，不过点与点之间的几何关系并未改变；几何关系并未改变；80投影面转换投影面转换椭球平移法与椭球膨胀法的比较椭球平移法与椭球膨胀法的比较3）采用椭球膨胀法时，虽然投影时所采用的椭球参数与）采用椭球膨胀法时，虽然投影时所采用的椭球参数与国家参考椭球的参数有所差异，但是投影前的球面坐国家参考椭球的参数有所差异，但是投影前的球面坐标却是与椭球膨胀前的一样，因此经过投影后所得到标却是与椭球膨胀前的一样，因此经过投影后所得到的平面坐标在数值上与国家参考椭球的椭球面上的平的平面坐标在数值上与国家参考椭球的椭球面

29、上的平面坐标接近，只是进行了相应的比例缩放；面坐标接近，只是进行了相应的比例缩放；4）两种方法所得出的指定高程面上的平面坐标，在坐标）两种方法所得出的指定高程面上的平面坐标，在坐标间的相对关系上是一致的。间的相对关系上是一致的。81坐标的相似变换坐标的相似变换 基本思想基本思想 先将经过无约束平差得到的三维坐标投影为平面坐标先将经过无约束平差得到的三维坐标投影为平面坐标（投影所采用的参考椭球可以直接选择地心椭球），（投影所采用的参考椭球可以直接选择地心椭球），然后采用相似变换的方法得出独立坐标系下的坐标。然后采用相似变换的方法得出独立坐标系下的坐标。 转换参数可以利用独立坐标系下的已知坐标、已

30、知边转换参数可以利用独立坐标系下的已知坐标、已知边长和已知方位得出。长和已知方位得出。 算法算法82第二次作业第二次作业 什么是基线解算？基线解算的基本流程包什么是基线解算？基线解算的基本流程包括哪些内容？括哪些内容？ 评定基线质量的指标有哪些？评定基线质量的指标有哪些？2005-2011. 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院 空间定位与导航工程研究所空间定位与导航工程研究所83第五节第五节 GPS高程测量高程测量84引言引言 传统测量中，平面位置和高程通常是分别传统测量中，平面位置和高程通常是分别独立确定的：独立确定的： 平面位置和高程分别基于不同的参考基准平面位置和高程分别基于不同的参考基

31、准 确定平面位置和高程所采用的观测方法不同确定平面位置和高程所采用的观测方法不同85引言引言 采用采用GPS等空间定位技术，只能测定相对等空间定位技术，只能测定相对于参考椭球的大地高；于参考椭球的大地高； 在实际生产应用中广泛采用的是与地球重在实际生产应用中广泛采用的是与地球重力位密切相关的正高或正常高；力位密切相关的正高或正常高； 为了进行大地高与正高或正常高的转换，为了进行大地高与正高或正常高的转换，需要确定大地水准面差距或高程异常，将需要确定大地水准面差距或高程异常，将大地高转换为正高或正常高。大地高转换为正高或正常高。86大地水准面和正高大地水准面和正高 大地水准面（大地水准面（Geo

32、id） 大地水准面 及两相邻重力等位面间的关系 大地水准面差距（Geoid Height）或大地水准面起伏（Geoid Undulation） 定义：沿参考椭球的法线，从参考椭球面量至水准面的距离，这里用符号N表示。大地水准面与参考椭球面大地水准面与参考椭球面87大地水准面和正高大地水准面和正高 正高正高（Orthometric Height/Geoidal Height） 几何形式的正高定义：某点的正高是从该点出发，沿该点与基准面间各个重力等位面的垂线所量测出的距离88大地水准面和正高大地水准面和正高 正高正高（Orthometric Height/Geoidal Height） 物理形式的

33、正高定义： 问题：平均重力值通常无法得到89似大地水准面和正常高似大地水准面和正常高 正常高正常高（Normal Height） 物理形式的正常高定义：90似大地水准面和正常高似大地水准面和正常高 似大地水准面似大地水准面（Quasi-Geoid） 定义：沿正常重力线由各地面点向下量取正常高后所得到点构成的曲面。非等位面，无确切物理意义，但与大地水准面较为接近，且在辽阔海洋上与大地水准面一致。 高程异常高程异常（Height Anomaly） 定义：沿正常重力线方向，由似大地水准面上的点量测到参考椭球面的距离被称为高程异常，用符号表示。似大地水准面和参考椭球面似大地水准面和参考椭球面91似大地

34、水准面和正常高似大地水准面和正常高 () 高程异常与大地水准面差距的关系高程异常与大地水准面差距的关系 正高与正常高的关系正高与正常高的关系92参考椭球面和大地高参考椭球面和大地高 大地高大地高（Geodetic Height） 定义：某点的大地高（Geodetic Height）是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高也称为椭球高（Ellipsoidal Height），用符号H表示。特点：大地高为纯几何量，不具物理意义93不同高程系统间的关系不同高程系统间的关系94GPS水准水准GPS水准包括两方面的内容水准包括两方面的内容采用采用GPS方法确定大地高方法确定大地

35、高1. 采用其他技术方法确定大地水准面差距或高采用其他技术方法确定大地水准面差距或高程异常程异常95大地水准面差距的确定大地水准面差距的确定n天文大地法天文大地法n大地水准面模型法大地水准面模型法n重力测量法重力测量法n几何内插法几何内插法n残差模型法残差模型法96大地水准面差距的确定大地水准面差距的确定 () 天文大地法天文大地法（The Astro-Geodetic Method）基本原理：利用天文观测数据并结合大地测量基本原理：利用天文观测数据并结合大地测量成果，确定出一些点的垂线偏差，然后再利用成果，确定出一些点的垂线偏差，然后再利用这些垂线偏差来确定大地水准面差距。这些垂线偏差来确定

36、大地水准面差距。同时具有天文和大地观测资料的点被称为天文同时具有天文和大地观测资料的点被称为天文大地点。大地点。97大地水准面差距的确定大地水准面差距的确定 () 天文大地法天文大地法（The Astro-Geodetic Method）方法一98大地水准面差距的确定大地水准面差距的确定 () 天文大地法天文大地法（The Astro-Geodetic Method）方法二99大地水准面差距的确定大地水准面差距的确定 天文大地法天文大地法（The Astro-Geodetic Method）特点特点 基本数据位垂线偏差，它是由二维大地平差所计算基本数据位垂线偏差，它是由二维大地平差所计算出的大

37、地坐标与相应天文方法所确定出的天文坐标出的大地坐标与相应天文方法所确定出的天文坐标之间的差异。之间的差异。 该方法仅适用于具有天文坐标的区域，其精度与天该方法仅适用于具有天文坐标的区域，其精度与天文大地点间的距离、各剖面间的距离，大地水准面文大地点间的距离、各剖面间的距离，大地水准面的平滑程度以及天文观测的精度等因素有关。的平滑程度以及天文观测的精度等因素有关。 精度低精度低100大地水准面差距的确定大地水准面差距的确定 () 大地水准面模型法大地水准面模型法方法101 特点特点基本数据为球谐重力位系数；相对于地心椭球基本数据为球谐重力位系数；相对于地心椭球模型精度取决于重力观测值覆盖面积和精

38、度、模型精度取决于重力观测值覆盖面积和精度、卫星跟踪数据的数量和质量、大地水准面平滑卫星跟踪数据的数量和质量、大地水准面平滑性以及模型最高阶次等性以及模型最高阶次等相对精度高。最新的大地水准面模型的绝对精相对精度高。最新的大地水准面模型的绝对精度有了显著提高，达到了几个厘米度有了显著提高，达到了几个厘米大地水准面模型的适用性很广，可在陆地、海大地水准面模型的适用性很广，可在陆地、海洋和近地轨道中使用，不过目前全球性的模型洋和近地轨道中使用，不过目前全球性的模型在某些区域的精度和分辨率有限在某些区域的精度和分辨率有限大地水准面差距的确定大地水准面差距的确定 ()102大地水准面差距的确定大地水准

39、面差距的确定 () 重力测量法重力测量法方法：Stokes积分103大地水准面差距的确定大地水准面差距的确定 () 重力测量法重力测量法方法：Stokes积分104大地水准面差距的确定大地水准面差距的确定 () 重力测量法重力测量法方法：Stokes积分特点 相对于地心椭球的， 基本数据是计算点附近的地面重力观测值， 仅适用于具有良好局部重力覆盖的区域 所得大地水准面差距的精度与重力观测值的质量和覆盖密度有关其相对精度可达数十万分之一。105大地水准面差距的确定大地水准面差距的确定 几何内插法几何内插法基本原理 通过一些既进行了GPS观测又具有水准资料的点上的大地水准面差距，采用平面或曲线拟合

40、、配置、三次样条等内插方法，得到其他点上的大地水准面差距。106012Naa dBa dL=+22012345Naa dBa dLa dBa dLa dBdL=+01BBn=0Na=零次多项式（常数拟合）一次多项式（平面拟合）二次多项式（二次曲面拟合）00dBBBdLLL=-=-01LLn=大地水准面差距的确定大地水准面差距的确定107大地水准面差距的确定大地水准面差距的确定 几何内插法几何内插法基本原理基本原理特点特点 方法简单，不需要复杂的软件，可以得到相对于局方法简单，不需要复杂的软件，可以得到相对于局部参考椭球的大地水准面差距信息；部参考椭球的大地水准面差距信息； 适用于那些具有足够的

41、公共点且其分布和密度都较适用于那些具有足够的公共点且其分布和密度都较为合适的地方；为合适的地方； 所得到的大地水准面差距的精度与公共点的分布、所得到的大地水准面差距的精度与公共点的分布、密度和质量以及大地水准面的光滑度等因素有关；密度和质量以及大地水准面的光滑度等因素有关； 纯几何法纯几何法, ,适用于大地水准面要较为平滑的地方；适用于大地水准面要较为平滑的地方；108大地水准面差距的确定大地水准面差距的确定 残差模型法残差模型法方法109大地水准面差距的确定大地水准面差距的确定 残差模型法残差模型法特点特点 方法简单方法简单 结合物理大地测量数据结合物理大地测量数据, , 较可靠较可靠110

42、GPS水准精度水准精度 GPS水准精度水准精度与与GPSGPS测量的精度有关测量的精度有关与大地水准面差距的精度有关与大地水准面差距的精度有关111GPS水准精度水准精度 保证和提高保证和提高GPS水准精度的方法水准精度的方法 （1 1）提高大地水准面差距的精度）提高大地水准面差距的精度这个有赖于物理大地测量理论和技术的发展。从局部应用这个有赖于物理大地测量理论和技术的发展。从局部应用来看，发展方向是建立局域性的高精度、高分辨率大地水准来看，发展方向是建立局域性的高精度、高分辨率大地水准面（或似大地水准面）。面（或似大地水准面）。 （2 2）提高）提高GPSGPS测量所得到的大地高的精度测量所得到的大地高的精度使用双频接收机使用双频接收机使用相同类型的带有抑径板或抑径圈的大地型接收机天线使用相同类型的带有抑径板或抑径圈的大地型接收机天线对每个点在不同卫星星座和大气条件下进行多次设站观测对每个点在不同卫星星座和大气条件下进行多次设站观测在进行基线解算时使用精密星历在进行基线解算时使用精密星历基线解算时，对天顶对流层延迟进行估计基线解算时，对天顶对流层延迟进行估计112我国大地水准面精化的现状我国大地水准面精化的现状 新一代中国似大地水准面新一代中国似大地水准面CQG2000是利用重力数据是利用重力数据和国家和国家A/B级级GPS水准