王志輝

（上海匯谷巖土工程技術(shù)有限公司，上海201108）

1 高程異常獲取

地面一點沿正常重力線到似大地水準面的距離稱為正常高，我國目前采用的法定高程系統(tǒng)就是正常高系統(tǒng)，也即水準外業(yè)測量所得高程。地面點沿法線到所采用的的參考橢球面的距離稱為大地高，GPS控制網(wǎng)所得高程數(shù)據(jù)即為大地高[1]。所謂高程異常是指似大地水準面至地球橢球面的垂直距離，記為設(shè)地面一點大地高為H大地，正常高為h正常，則有

工程測量中，水準測量可以得到控制點的正常高，GPS控制測量可以得到控制點的大地高。同一控制點在已知大地高和正常高情況下，即可以通過（1）式計算所在位置的高程異常，在GPS控制網(wǎng)中聯(lián)測一定數(shù)量水準高程點，求解各公共點的高程異常，采用合適的擬合模型精化測區(qū)小范圍似大地水準面，最后利用精化后似大地水準面內(nèi)插需要點的高程異常，結(jié)合大地高數(shù)據(jù)，最終得到點的正常高。

2 擬合模型的確定

根據(jù)點的平面位置（x，y）確定該點高程異常數(shù)學(xué)擬合函數(shù)模型為：

確定擬合模型的過程也就是計算（2）式系數(shù)的過程。常用的高程擬合模型有常數(shù)擬合、平面擬合、曲面擬合。常數(shù)擬合一般用于高程異常較為均勻的小范圍控制網(wǎng)，局限性較大。平面擬合與曲面擬合都是基于（2）式中系數(shù)項的數(shù)量。（2）式中求解系數(shù)（a0-a2）就是平面擬合，解算3個未知數(shù)至少需要3組方程，也即平面擬合至少聯(lián)測3個水準點。曲面擬合中二次曲面擬合也即是求解系數(shù)項（a0-a5），則需要聯(lián)測至少6個水準點；求解系數(shù)項（a0-a8）為三次曲面擬合，需要至少聯(lián)測9個水準點。

3 擬合高程精度分析

杭紹臺高速公路工程臺州段北起白尖嶺隧道，南至前山隧道，全長約45km。其中，天臺縣段約27km，臨海市段約18km，臺州段測區(qū)高程北高南低，北側(cè)最高點高程約500m，南側(cè)最低點約11m，地形起伏較大。測區(qū)整體平均高程約130m。GPS控制網(wǎng)采用分級布網(wǎng)，逐級加密的方式布設(shè)。首級平面控制測量采用三等GPS靜態(tài)觀測模式進行，首級網(wǎng)控制點選擇穩(wěn)定的隧道控制點或分布較為均勻的線路控制點，控制點共計23個，形成首級控制網(wǎng)，其他控制點以首級控制點為基礎(chǔ)形成四等加密控制網(wǎng)。GPS控制網(wǎng)使用5臺徠卡GS15接收機采用邊連式布設(shè)。線路高程控制測量采用三等水準測量，水準路線形成附合水準，路線全長111.14km。GPS控制網(wǎng)采用徠卡LGO商用基線處理軟件進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，基線處理完成后采用Cosa GPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)V5.21。在完成平面三維無約束平差及二維約束平差后，對高程進行單獨平差解算及擬合，分別采用不同的已知點數(shù)量、分布位置對GPS高進行擬合確定擬合最優(yōu)解。根據(jù)解算后的擬合模型進行未知點的正常高擬合，對比水準高程評定擬合精度[2]。

杭紹臺高速線路較長，高程擬合應(yīng)分段進行。以下以杭紹臺高速臺州段1標(biāo)（臺天段）主線按照不同擬合方案進行高程擬合，高程擬合后與水準高程對比精度統(tǒng)計如表1。

表1 擬合高程與水準高程精度統(tǒng)計表

對比表1中不同擬合方案的最終結(jié)果可以得出如下結(jié)論：

①對比1常數(shù)擬合與2平面擬合可知，常數(shù)擬合在于求解高程異常均值，相對平面擬合局限性較大。

②對比2、3精度統(tǒng)計，相對于均勻分布的已知點，一側(cè)分布精度明顯下降，大部分點位精度已無法滿足要求。

③對比4～7，曲面擬合精度較平面擬合精度提高明顯，曲面擬合至少需聯(lián)測6點，在一定程度下增加已知點數(shù)量對于提高精度無明顯進步。由于個別已知點位精度，分布位置可能導(dǎo)致精度有所降低。

4 結(jié)語

通過杭紹臺高速臺州段GPS擬合高與三等水準測量數(shù)據(jù)對比分析，得出以下結(jié)論：

①GPS擬合高程精度在合理點位分布及已知數(shù)量水準點基礎(chǔ)上可以達到相應(yīng)等級水準高程精度[3]。

②GPS擬合高程應(yīng)采用曲面擬合模型，已知水準高程的GPS點不少于6個且均勻分布于測區(qū)四周。

③利用擬合高程，可以克服傳統(tǒng)水準對于地形的限制，能極大提高野外作業(yè)效率。

④雖然GPS擬合高具有快速、精度可靠優(yōu)勢，但仍然存在殘留粗差，GPS擬合高程應(yīng)做好精度檢核的工作，保證能及時發(fā)現(xiàn)粗差，避免錯誤。