GPS高程拟合的方法及实现

张斯琪

摘 要：建设“GPS连续运行卫星定位服务系统”，该系统基于现代 GPS技术、计算机网络技术、实时定位服务技术及现代移动通信技术，在国家现代测绘基准体系建设的基础上，共享利用省防震减灾体系建立的参考站点，建设覆盖全省、均匀分布的约69个卫星定位连续运行参考站，满足福建省现代测绘基准体系建设需要的同时，可向全省用户提供实时动态、厘米级的空间定位与导航综合服务。

关键词：GPS；高程拟合；应用前景

数值拟合的数学模型很多，考虑到模型的通用性，实用性以及计算实现的方便性，本拟合转换软件详细叙述了四种常用的模型：对加权平均值拟合和多项式曲面拟合详细介绍，另外提到插值拟合和多面函数拟合方法。同时，还考虑了利用非格网化数据進行地形改正的几何方法。

1 GPS平面控制网的应用

⑴当前，GPS平面控制网已经得到了广泛的运用，但是GPS高程却运用得不够，人们期望着能够用GPS高程测量代替传统的水准测量。本文对GPS高程测量的原理和方法进行了初步的探讨，并结合我国GPS高程测量的应用的实际，以数值拟合为主，建立了高程转换的数学模型。同时用VC++开发了GPS高程控制转换系统，经试验测试，在平原或浅丘地区，在不加地形改正的情况下，拟合出的正常高高程满足一般工程和大比例尺测图的精度要求，在一定程度上降低了生产成本。

⑵数值拟合的数学模型很多，考虑到模型的通用性，实用性以及计算实现的方便性，本拟合转换软件详细叙述了四种常用的模型：对加权平均值拟合和多项式曲面拟合详细介绍，另外提到插值拟合和多面函数拟合方法。同时，还考虑了利用非格网化数据进行地形改正的几何方法。当测区形状为带状时，可以采用前二种方法进行计算，当测区太长时（超过100km），用多项式曲线采用整体逼近的方式拟合，可能效果不太好，因此，可以采用三次样条或加权平均值法拟合计算。当测区形状为面状时，可以采用后三种方法计算。当测区为平原或高程异常值变化较缓的地区，并且测区面积比较小，水准重合点较少时，可以采用均值挂靠法拟合。在有条件使用多项式曲面拟合和加权平均值拟合时，建议不使用均值挂靠法计算。在山区，地面起伏大，就必须考虑地形改正。

2 应用GPS技术施测的核心工作

⑴应用GPS技术施测高等级城市控制网，实践证明有着极高的精度，它不受人为因素的影响。不要求测站间相互通视，速度快，不受环境和距离限制，可全天候观测，成本低，效率高。野外数据采集是GPS测量的核心工作。制定周密的观测计划，作好卫星状况预报，选择好观测时间，编写作业调度表，对于顺利的完成观测任务，保障成果的精度，提高效益起到事半功倍的效果。GPS网平差应对起算点进行内部复核性检核，选用精度高的起算点，舍去精度低的已知点，利用外部已知点进行检核，提高二维约束平差的整体精度。

⑵总体性能与美国GPS相当，实际使用时，也几乎感觉不到两种技术的差别。在办公楼演示室里，拿起一个普通半导体大小的“匣子”，屏幕里显示的是“匣子”所在位置周边的地图，街道、办公楼清晰可见。用手指轻轻一点，导航屏幕几乎在“无间歇”的情况下放大了三倍，上面显示的是与办公楼一街之隔的几家“门挨门”的饭馆；记者随即向楼下望去“实景对比”，发现每家门脸间隔在10米左右饭馆，名称准确无误。

3 GPS地理信息采集技术应用

⑴GPS地理信息采集技术得益于微电子与网络工程技术的普及，随着配网自动化的发展与推广，可以大规模、成效益地应用与电力基础工业。在目前推行的电力地理信息管理系统中，自动化数据的传输需建立在各基点的准确定位上，目前成熟稳定的GPS技术成为最主要的技术选择。设备的状态监控随着GPS地理信息采集技术的应用，已经摆脱了单纯的站内或馈线采集箱采集的模式，线路状态的监控从点已经推进到线并逐渐普及到面。GPS相关技术的研发在未来的电力应用领域必将得到广泛的应用。

⑵一年里，北斗系统发射了四箭六星，完成了系统组网，同时采取了一系列的措施提高系统精度和稳定性，扩展了系统覆盖区域，和去年试运行相比，覆盖区域由原有的东经84度-160度扩展到现在的东经55度-180度，系统定位精度由去年发布的水平25米、高程30米到现在的水平10米、高程10米，测速精度由0.4米每秒到0.2米每秒。

⑶精密工程测量和变形监测，是以毫米级乃荃亚毫米级精度为目的的工程测量作在水平位移监测方面，使用GPS技术已足以满足监测的精度要求。但在高程方面，却是个国际性的难题，目前还没有成熟的理论可以完全解决GPS的高程问题采用传统测量方法对垂直位移的监测，于受多方面条件的制约，使得效率很低，耗时费丈，由此可见，一旦GPS在垂直方向的监测精度达到监测要求，在实践中得到立拜将会带来巨大的经济效益。

建立数字化测绘技术体系，以地理信息获取实时化、处理自动化、产品知识化、服务网络化和应用社会化为标志的信息化测绘技术体系建设取得初步进展。测绘基准体系从二维向三维、静态向动态、参心坐标系向地心坐标系转变，实现从传统大地测量到卫星大地测量、从地面水准测量到GPS高程测量的跨越；基本比例尺地形图更新技术方案初步建立，基础地理信息数据库升级完善稳步推进，地理信息公共平台技术研究逐步深入；信息化的测绘档案资料管理基本实现，网络化地理信息分发服务技术日益完善；三维地理信息平台技术研发、成果转化成效显著。

[参考文献]

[1]刘大杰，施一民，过静结.全球定位系统（GPs）的定位原理与数据处理[M].

[2]崔希民，陈立武.沉陷大变形动态监测与力学分析[M].北京：煤炭工业出版社，2004.