一种基于少量GNSS水准点的山区数字高程基准建立方法技术

本发明专利技术公开了一种基于少量GNSS水准点的山区数字高程基准建立方法，首先将作业区域划分为等间距格网，划分区域格网；再基于EGM2008计算区域格网点高程异常值，利用地球重力场模型计算出地球表面任一点重力扰动位；计算GNSS/水准点高程异常改正数；采用最近距离法对区域格网点进行改正，逐点计算区域格网点与区域内GNSS/水准点的距离，再计算地形改正，采用移去恢复算法去掉地形引起的水准面异常影响，提高水准面拟合精度。本发明专利技术在GNSS/水准点平均间距20千米时，所建立的数字高程基准外符合高程中误差优于3.0cm，相较于传统的计算方法，本发明专利技术精度大大提高，计算过程简单，需要的数据量少，周期短，成本低，速度快。速度快。速度快。

【技术实现步骤摘要】
一种基于少量GNSS水准点的山区数字高程基准建立方法


[0001]本专利技术涉及工程测量
，具体为一种基于少量GNSS水准点的山区数字高程基准建立方法。

技术介绍

[0002]数字高程基准是一定范围内高程异常的离散化数字化表达，通常采用等间距格网点高程异常表示。一个区域数字高程基准就是该区域等间距格网点高程异常数据集合。格网间距越小，代表连续区域高程异常值的精度越高。
[0003]建立某区域数字高程基准时，根据区域已有数据情况及用途选择不同的格网间距，根据区域内已知点高程异常值，采用一定的数据算法，求取每个格网点高程异常值。应用数字高程基准时，先确定待求点所在格网单元，根据格网周边四个结点高程异常，采用双线性内插法就可求得该点的高程异常。建立区域数字高程基准后，就可以在该区域通过GNSS测量方法，快速获得任意点正常高程，满足地形测图，工程建设等需要。
[0004]目前，常用的高程系统主要有大地高系统、正常高系统，其区别就是其高程基准面不同。大地高系统、正常高系统的高程基准面分别为参考椭球面似大地水准面。似大地水准面沿法线方向至参考椭球面的距称为高程异常ζ。如果已知一点的大地高和正常高，两者之差就可以求得该点的高程异常值。目前通常采用正常高系统作为计算地面点高程的统一系统。采用GNSS测量手段比较容易获得某点的大地高H，如果还知道该点的高程异常ζ，就可以很方便地求取其正常高，克服了采用水准测量、三角高程测量等传统测量技术手段劳动强度大、工作效率低的不足的弊端。
[0005]目前，传统的数字高程基准建立方法存在一些不足：
[0006]1、计算过程复杂，首先是对已有资料收集、整理及归算，包括重力资料、数字地形模型、GPS、水准等；其次利用地球重力场模型、数字地形模型和地面重力资料获得该地区高分辨率格网重力异常值；然后采用重力法(Molodensky原理)及移去(remove)～恢复(restore)技术确定的似大地水准面称为“重力似大地水准面”；将重力似大地水准面拟合适配于该区域的GPS水准网，由此获得的似大地水准面称为“最终似大地水准面”。
[0007]2、需要的初始计算资料多，需要计算区域及周边地区的大量重力点成果、数字高程模型、全球重力场模型、分布较均匀的高程异常控制网GPS、水准成果。特别是重力成果一般应用单位难以获得。
[0008]3、周期长、成本高，传统建立数字高程基准所需要重力点成果、数字高程模型、高程异常控制网GPS、水准成果等，获得这些成果需要提入大量的人力、物力，导致周期长，成本高。传统数字高程基准建立方法适合建立超大范围数字高程基准，比如全球及全国范围数字高程基准。但是复杂的计算方法，需要大量的已有资料等难题影响了数字高程基准在更大范围广泛应用。为解决上述问题，所以就需要一种基于少量GNSS水准点的山区数字高程基准建立方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种基于少量GNSS水准点的山区数字高程基准建立方法。
[0010]本专利技术是这样实现的：
[0011]一种基于少量GNSS水准点的山区数字高程基准建立方法，具体按以下步骤执行；
[0012]S1：将作业区域划分为等间距格网，划分区域格网；
[0013]S2：基于EGM2008计算区域格网点高程异常值，利用地球重力场模型计算出地球表面任一点重力扰动位T；再根据Burns公式计算出区域格网点的高程异常值ξ1，和计算GNSS/水准点高程异常值ξ2，具体如式(1)和式(2)；
[0014][0015][0016]其中：为地心纬度，λ为地心经度，r为地心向径，h
t
为计算点大地高，为计算点的正常重力，GM为地心引力常数，a为参考椭球长半轴，为完全规格化缔合Legendre函数，和为完全规格化位系数，N
max
为重力场模型展开的最高阶数。
[0017]S3：计算GNSS/水准点高程异常改正数ν；GNSS/水准点高程异常改正数ν，具体如式(3)所示：
[0018]ν＝h
水准
‑
ξ2ꢀꢀ
式(3)
[0019]其中：ξ2为GNSS/水准点高程异常值。
[0020]S4：采用最近距离法对区域格网点进行改正，逐点计算区域格网点与区域内GNSS/水准点的距离；，区域格网点进行改正值具体如式(4)所示：
[0021][0022]选取距离该格网点的GNSS/水准点的高程异常改正数，对格网高程异常进行的改正值ξ3，具体如式(5)所示；
[0023]ξ3＝ξ1+ν
ꢀꢀ
式(5)
[0024]其中：ν为GNSS/水准点高程异常改正数，ξ1为区域格网点的高程异常值。
[0025]S5：计算地形改正，采用移去恢复算法去掉地形引起的水准面异常影响，提高水准面拟合精度，地形改正计算公式如式(6)所示：
[0026][0027]式中：G为引力常数；ρ为地球质量密度；h为是流动单元的平均高程；h
p
为计算点高程；γ为参考椭球面上的正常重力；l为是计算点到流动单元了距离；d
x
d
y
为流动单元的面积。
[0028]进一步，本专利技术提供一种基于少量GNSS水准点的山区数字高程基准建立装置，包括处理器，用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为实现上述步骤中任一项所述的方法。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0030]1、本专利技术在GNSS/水准点平均间距60千米时，外符合高程中误差优于4.0cm，相较于传统的计算方法，本专利技术精度大大提高。
[0031]2、本专利技术可通过适当提高GNSS/水准点密度，以提高重点区域(例如城市)的数字高程基准的精度，当平均密度达到20公里时，所建立的数字高程基准外符合高程中误差优于3.0cm，满足城市工程测量的精度要求。
[0032]3、本专利技术计算过程简单，需要的数据量少，周期短，成本低，速度快，可工程中广泛推广应用。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0034]图1是本专利技术的方法流程结构图；
[0035]图2式本专利技术的地形改正模型图；
[0036]图3是本专利技术的数字高程基准模型。
具体实施方式
[0037]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于少量GNSS水准点的山区数字高程基准建立方法，其特征在于：具体按以下步骤执行；S1：将作业区域划分为等间距格网，划分区域格网；S2：基于EGM2008计算区域格网点高程异常值，利用地球重力场模型计算出地球表面任一点重力扰动位T；S3：计算GNSS/水准点高程异常改正数ν；S4：采用最近距离法对区域格网点进行改正，逐点计算区域格网点与区域内GNSS/水准点的距离；S5：计算地形改正，采用移去恢复算法去掉地形引起的水准面异常影响，提高水准面拟合精度。2.根据权利要求1所述的一种基于少量GNSS水准点的山区数字高程基准建立方法，其特征在于，在步骤S2中，再根据Burns公式计算出区域格网点的高程异常值ξ1，和计算GNSS/水准点高程异常值ξ2，具体如式(1)和式(2)；，具体如式(1)和式(2)；其中：为地心纬度，λ为地心经度，r为地心向径，h
t
为计算点大地高，为计算点的正常重力，GM为地心引力常数，a为参考椭球长半轴，为完全规格化缔合Legendre函数，和为完全规格化位系数，N
max
为重力场模型展开的最高阶数。3.根据权利要求1所述的一种基于少量GNSS水准点的山区数字高程基准建立方法，其特征在于，在步骤S3中，GNSS/水准点高程异常改正数ν，具体如式(3)所示：ν＝h
水准
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昌翰，张燕，徐中华，王旭，
申请(专利权)人：重庆市勘测院重庆市地图编制中心，
类型：发明
国别省市：