gps正高和似大地水准面高的确定

gps正高和似大地水准面高的确定

一、正高与测量方法的选择不同的基础表面显示地面的高度，就会产生不同的高度表示法，主要包括正高（高度）和正常高系统。现在，中国采用了先进的系统。正高高程基准面是大地水准面,确定正高需要重力测量,并且还需要地面和大地水准面之间的密度分布,计算比较复杂,难以精确计算;此外,为了克服正高实施、计算的困难,常采用正常高系统,以似大地水准面为基准面,它非常接近大地水准面。似大地水准面不是等位面,没有明确的物理意义。它是由各地面点按公式计算的正常高来定义的,这是正常高系统的缺陷,但其优点是可以精确计算。根据国家和北京市测绘行政主管部门的安排,需要确定北京市的松山、云蒙山、上方山主峰峰顶海拔高程,下面就以上三座山峰峰顶海拔高程确定的方法作简要介绍。二、gps精化后测理论根据目前的测量技术手段和各座山峰的实际情况,峰顶海拔高程的确定通过以下三个步骤实施:首先应用GPS精确测定其大地高;再应用似大地水准面精化成果计算正常高;最后计算大地水准面与似大地水准面之间的差值,通过正常高改正,计算得到各座山峰峰顶的海拔高。这样,既得到了各座山峰的正常高,同时也计算得到了其海拔高。1.准确测量地球高度(1)观测系统及测点布置各峰顶选点、埋石后,采用基于GPS连续运行参考站单点观测模式,与北京市GNSS测绘服务系统基准站组网、解算。观测采用GPS双频接收机,观测时段长度不少于8h,采样间隔为15s。各座山峰位置及周边基准站见图1。(2)数据收集和处理解算软件采用GAMIT/GLOBK10.20,基线处理采用双差观测值,在利用精密星历的情况下,基线的相对精度能达到10-9左右,是世界上最优秀的GPS软件之一。网平差采用与GAMIT配套的综合平差软件GLOBK,在WGS-84椭球上进行三维整体平差处理,获得精确的三维地心坐标。根据松山、云蒙山和上方山的地理位置分布,数据处理收集了北京市GNSS测绘服务系统的密云基站、汤河口基站、平谷基站、牛栏山基站、延庆基站、昌平基站、斋堂基站、牛口峪基站、石景山基站和大兴基站的同步观测数据。数据处理采用IGS精密星历,每个时段求解时主要考虑如下因素:1.卫星钟差的模型改正。2.接收机钟差模型改正。3.电离层折射影响。采用LC观测值消除。4.对流层影响。根据标准大气模型,用萨斯坦莫宁(Saastamoinen)模型改正,采用分段线型的方法估计偏差参数,每两个小时估计一个参数。5.卫星和接收机天线相位中心的改正采用GAMIT的设定值和NGS的天线检测结果。约束平差时固定各基准站ITRF97框架、2000.0历元下的坐标进行平差,得到各待定点坐标。2.正常高的计算平差后,得到各点ITRF97框架、2000.0历元下的三维坐标,应用北京市似大地水准面精化成果,根据各点的大地坐标计算高程异常和正常高。正常高的计算公式如下:hi=Hi-ζi(1)式中,hi为正常高;Hi为大地高;ζi为高程异常。3.扰动重力垂直梯度在将似大地水准面转换为大地水准面时,相应的公式为Ν=ζ+Δgbγmh-12γm⋅∂δg∂hh2(2)N=ζ+Δgbγmh−12γm⋅∂δg∂hh2(2)式中,N和ζ分别为大地水准面和似大地水准面起伏;Δgb为布格异常;γm为高程从0到h处的正常重力平均值;∂δg∂h∂δg∂h为扰动重力垂直梯度;h为正常高。在计算扰动重力垂直梯度∂δg∂h∂δg∂h时,采用地面重力异常求垂直梯度。相应的公式为∂2Τp∂γ2=-R22π∫1l3(Δg-Δgp)dσ=-12π∫1l3(Δg-Δgp)ds(3)∂2Tp∂γ2=−R22π∫1l3(Δg−Δgp)dσ=−12π∫1l3(Δg−Δgp)ds(3)三、精度分析1.u3000土性能参数根据各峰顶大地高和高程异常的精度,其正常高精度按下式计算:mΗJQ=±√m2Η+m2ζ(4)mHJQ=±m2H+m2ζ−−−−−−−−√(4)式中,mHJQ为正常高精度;mH为大地高精度;mζ为高程异常精度。对于因重力场存在误差,似大地水准面与大地水准面的转换精度mζN按下式计算:mζΝ=±√(Ηγm)2m2Δgb+(Η22γm)2m2∂δg∂Η(5)mζN=±(Hγm)2m2Δgb+(H22γm)2m2∂δg∂H−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√(5)在实际计算中,根据我国重力实践,mΔgb取为±5×10-5ms-2‚m∂δg∂Η取为±50E。山峰正高(海拔高)的精度mHgQ按下式计算:mΗgQ=±√m2ΗJQ+m2ζΝ(6)2.成功统计根据式(4)、式(5)和式(6)计算的似大地水准面与大地水准面的转换精度和正高的精度,详见表1。四、gps数据处理北京市名山海拔高程测定充分应用了GPS