| 标题 | 管线测量中高程的快速获取与应用 |
| 范文 | 侯贵亮++王俊刚++郝伟涛 【摘 要】在城市管线测量中，需要布设高程测量控制网，高程数据需要依据四等水准测量来获取。针对控制点相隔较远的情况，利用精化区域似大地水准面的方法来获取控制点的高程值是一种新的方法。论文结合兰州市管线普查实例，研究了利用精化似大地水准面的方法在城市管线测量中的应用，并用多项指标验证了方法的可行性与成果的精度，通过成果精度的比较分析，发现使用移去-恢复法并采用多个高程点参与拟合，可以快速准确地获取高程数据。 【Abstract】We need to set the vertical survey control network in urban pipeline measurement. The level data of elevation control network needs to be obtained based on four leveling. According to the situation that the control points are apart from each other， it is a new method acquiring the elevation value of the control points in a high accuracy local geoid. The author studies on application of acquiring the elevation value method in a high accuracy local geoid on urban pipeline survey and verifying feasibility of the method and the accuracy of the results with a number of indicators， through the analysis of the results accuracy， it is concluded that using the removal-recovery method and participate fitting with multiple elevation points can obtain elevation data quickly and accurately. 【關键词】高程异常；高程曲面拟合；精度分析；水准面精化 【Keywords】height anomaly； elevation interpolation； accuracy analysis； geoid determining 【中图分类号】P258 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）06-0156-04 1 引言 管线测量中，我们首先需要进行区域控制网的整体布设，包括平面控制测量与高程控制测量。此外，地下管线点的测量精度要求平面位置测量中误差不得大于5cm，高程测量中误差不得大于3cm（管线点相对于临近的控制点）[1]，利用GPS进行静态测量可以获取较高精度的平面坐标，获取的高程为大地高，而且精度相对较低。实际中，我们需要的高程为当地的正常高，且布设的控制点精度要求达到四等水准的精度。在进行控制点加密时，通常使用全站仪以导线布设的方式进行，而高程需要进行四等水准测量，这样就会使效率低。如何快速获取高精度的高程数据是管线测量中的重要因素，以便直观地反映各管线之间的空间位置关系。 2 管线测量中高程的获取原理 GPS测得的高程是该点在WGS84椭球上的大地高，必须采用高程拟合的方法，来求得正常高。而高程拟合的精度取决于由GPS大地高程转换为正常高的精度，这和参与拟合的水准点的个数及分布的均匀程度有关。高精度高程获取的过程其实就是似大地水准面精化的过程。 3 似大地水准面精化研究现状 在实际的小区域工程领域上，一般很难获得重力资料以及地形数据，因而，我们就需要根据已有的数据进行局部区域似大地水准面的精化，来求取区域内点位的正常高。李冲等提出运用基于CQG2000移去-恢复法得到了较高的拟合精度[2]。田建波等人直接运用GPS与水准数据，利用多种拟合函数通过求取转换参数的方法来拟合求取正常高，证明了其可行性以及几种方法的适用性[3]。于小平等研究了在带状区域GPS大地高转换成正常高的可行性，结果表明可满足四等水准要求[4]。REY-JERY通过局部重力大地水准面模型与GPS和水准高程数据结合提出了局部大地水准面模型[5]。兰州市勘察测绘研究院完成了兰州市卫星定位连续运行参考站系统建设并建立了兰州市高分辨率高精度似大地水准面模型。 在大地测量学中，我们把大地高与正常高间的关系定义为高程异常。高程异常是似大地水准面到椭球面的距离。似大地水准面在椭球面上面时，高程异常为正数；反之则为负数。高程异常与大地高、正常高的关系可用下式（3.1）表示： ζ=H-H正常 （3.1） 式中，ζ表示高程异常，H表示相应参考椭球面的大地高，H正常表示正常高。 研究的重点就是在测区范围内最佳拟合出高程异常曲面。 4 工程实例 该区域位于兰州七里河城区，本测区范围南北约5km，东西约14km，总面积约70km2的范围，本次测量采用Trimble GPS接收机联测了18个点的GPS静态E级网的测量，其几何水准测量采用DS05水准仪进行二等水准测量，由此建立本测区的高程控制网，得到了18个点的正常高。本次实验中的三等、四等水准限差是根据符合水准限差方式来计算求得的。 方案设计一：对于本次测区，选定6个已知点，这些点分布在测区范围内，分别采用三种函数：多项式拟合、多面函数拟合、加权平均拟合进行拟合。本次选取的拟合点为：C421、C423、C425、C427、C431、C432，精度统计结果见图1—图4，表1—表2。 在本次项目中，分别使用了多项式拟合中的平面拟合、双曲线拟合、二次曲面拟合；多面函数拟合、加权平均拟合以及使用移去-恢复法与各拟合函数的组合。测区试验共18个点，第一次选取6个控制点来进行拟合，12个检验点。结果分析，使用多项式拟合效果较好，而其中使用平面拟合法与双曲线拟合法较其他方法拟合效果较好，外符合精度达到4.5cm、3.5cm。而在使用组合法时，外符合精度分别为3.5cm、3.9cm。按照符合水准对于限差的要求，拟合精度达到了四等水准的要求。 当将控制点数量增加到8个点时，使用移去-恢复法结合与多项式拟合法其拟合外符合精度达到3cm左右，尤其是平面拟合组合法最大差值为3.2cm，整体拟合精度达到了三等水准的规范。 分析结果可以看出，由于实际情况是测区点位分布不均，而高差变化不是太剧烈，因而使用平面拟合法其拟合效果较其他方法拟合更佳。 5 结语 文中通过使用加权平均法、多项式拟合法、多面函数法以及移去-恢复法这几种方法来对测区内的GPS数据和水准数据进行似大地水准面拟合，通过对比分析以及精度评定，并将拟合结果与水准法时所对应的水准限差等级进行比较，可以发现，在本次面状测区，使用几何法进行拟合时，多项式拟合法以及多面函數法拟合效果较好，在使用移去-恢复法后，各拟合函数的拟合效果都有了明显的提升，能够满足管线中对四等水准的需要，而且使用8个点进行拟合时较6点拟合精度得到了进一步提升，完全满足四等水准要求，而且大部分点满足三等水准要求。 经试验验证分析，可以看出，在城市管线测量中，我们可以使用高程拟合的方式来快速获取高程信息，为今后管线测量提供了一种高效、准确的高程获取方案，并因此可大大提高其工作效率。 【参考文献】 【1】张兴娟，王建宗，王福增.浅谈城市地下管线测量[J].测绘科学，2009，10（34）：234-236. 【2】李冲，刘站科.几种移去恢复法的比较分析[J].测绘工程，2009（05）：41-43. 【3】田建波，曾志林.利用GPS高求取正常高的几种拟合方法[J].海洋测绘，2004（02）：15-18+23. 【4】于小平，杨国东，许惠平，等.带状区域GPS大地高转换成正常高的研究[J].吉林大学学报（地球科学版），2007（01）：185-189. 【5】REY-JER Y. Local geoid improvement using GPS and leveling data： case study[J]. Journal of Surveying Engineering，2006，132（3）：101-107. |
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