【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工程测量领域，更具体地，涉及一种基于gnss虚拟位置的跨河水准测量方法及系统。
技术介绍
1、工程建设中，经常碰到跨越大江大河的大型桥梁工程建设。大桥勘测设计、施工建设对高程精度要求高，需采用先进的测量技术与方法，进行长距离跨江高程传递，建立大桥两岸统一的高精度高程基准，以满足大桥施工控制网更好的为大桥施工建设提供测量服务的要求。
2、根据《国家一、二等水准测量规范》(gbt12897-2006)的要求，当水准路线跨越江、河，视线长度不超过100m时，可采用一般方法进行观测。若视线长度超过100m时，应根据视线长度和仪器设备等情况，选用跨河水准测量进行观测。跨河水准测量可选用的方法有光学测微法、倾斜螺旋法、经纬仪倾角法、测距三角高程法、gps测量法。光学测微法、倾斜螺旋法、经纬仪倾角法、测距三角高程法属于光学测量法，其具有精度高、应用广的特征，其中测距三角高程法应用最广。但上述跨河水准测量方法，随着跨河距离的增大，基需要的测量数据组数、时间呈级数增长，效率大幅降低，而且对天气要求较高，基本上只能在夜晚气象稳定时间段观测。gps测量法对天气要求较低，外业观测简单高效，尤其对平原地区的特大跨度河流高程传递，效率更加明显。但《国家一、二等水准测量规范》对gps测量法的布网原则要求非常高，规范要求河边每岸至少增加2个非跨河辅助控制点，非跨河点宜位于跨河点连线的延长线上，且各点间距大致与跨河距离相等。若由于地形、点位环境等条件限制，不能满足该位置时，河流同岸的非跨河点可以在同一点位附近埋设，但点位位置应位于沿跨河
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种基于gnss虚拟位置跨河水准测量的方法及系统，通过gnss虚拟测量，完成控制网的平面联测，由跨河线路ab、cd以及陆地水准线路ac、bd组成大地四边形水准闭合环，评估跨河水准测量精度及质量；河流两侧的陆地水准线路与跨河线路ab、cd组成完整的高程控制网，整网平差计算，完成大桥两岸统一的高精度高程基准。同时构建虚拟位置点，无需实际埋设，摆脱了地形环境的限制，同时减少了埋设控制点与维护所增加的成本，经济性良好。
2、为实现上述专利技术目的，按照本专利技术的第一方面，提供一种基于gnss虚拟位置的跨河水准测量方法，包括以下步骤：
3、s1:按控制网测量作业程序，完成gnss平面控制网测量和陆地水准测量；
4、s2:选取跨河水准测量点a、b，并构建虚拟控制点p1、q1，所述虚拟控制点p1、q1分别位于跨河水准测量边ab延长线的a点与b点一侧；
5、s3:利用跨河水准测量点a测得的所有控制点陆地水准测量成果，采用高程拟合方式，计算虚拟控制点p1的虚拟正常高；
6、s4:根据a、p1点的平面坐标、大地高、虚拟正常高，计算a至p1点的高程异常变化率ɑap1；
7、s5:重复步骤s3、s4，计算跨河水准测量点b虚拟控制点q1的虚拟正常高，并计算出ab跨河边b点的高程异常变化率值ɑbq1；
8、s6:计算跨河线路ab之间的跨河水准高差：
9、δhyab＝δhgab-ɑab×sab
10、其中，δhyab为ab间的正常高差，单位为米(m)；δhgab为ab点间的大地高差，单位为米(m)；ɑab为ab方向的高程异常变化率，为a、b两点高程异常变化率值ɑa、ɑb的算术平均值，单位为米每千米(m/km)；sab为ab点间的平距，单位为千米(km)；
11、s7:重复步骤s2，选取另一跨河水准测量边cd，构建虚拟控制点r1、s1，所述虚拟控制点r1、s1分别位于跨河水准测量边cd延长线的c点与d点一侧；重复步骤s3～s6，计算跨河线路cd之间的跨河水准高差；
12、s8:由跨河线路ab、cd以及陆地水准线路ac、bd组成大地四边形水准闭合环，评估跨河水准测量精度及质量；河流两侧的陆地水准线路与跨河线路ab、cd组成完整的高程控制网，整网平差计算，完成大桥两岸统一的高精度高程基准。
13、进一步地，步骤s2与s7中，所述虚拟控制点p1、q1、r1、s1的平面坐标根据《国家一、二等水准测量规范》确定，其中p1a、bq1的长度与跨河水准测量边ab的长度相等，r1c、ds1的长度与跨河水准测量边cd的长度相等；p1、q1、r1、s1点的大地高分别等于或约等于a点、b点、c点与d点的大地高。
14、进一步地，步骤s3中，所述高程拟合方式包括但不限于平面拟合、二次曲面拟合、采用egm2008或eigen-6c4之类的基于似大地水准面精化模型的高程拟合。
15、进一步地，计算所述高程拟合方式的残差及中误差，选取误差最小的高程拟合结果。
16、进一步地，所述平面拟合方式的计算公式为：
17、h＝a+bx+cy
18、或h＝a+bx+cy+dxy
19、其中，h为虚拟正常高，单位为米(m)；a、b、c、d为平面拟合系数，无单位；x为控制点的北坐标，单位为米(m)；y为控制点的东坐标，单位为米(m)。
20、进一步地，所述二次曲面高程拟合方式的计算公式为：
21、h＝a+bx+cy+dx2+exy+fy2
22、其中，h为虚拟正常高，单位为米(m)；a、b、c、d、e、f为曲面拟合系数，无单位；x为控制点的北坐标，单位为米(m)；y为控制点的东坐标，单位为米(m)。
23、进一步地，所述高程异常变化率的计算公式为：
24、
25、其中，ɑap1为ap1方向的高程异常变化率，单位为米每千米(m/km)；sap1为ap1间的平距，单位为千米(km)；δhgap1为ap1间的大地高差，单位为米(m)；δhyap1为ap1间的虚拟正常高差，单位为米(m)。
26、进一步地，所述跨河水准测量边ab、cd延长线上还分别构建有虚拟控制点p2、q2、r2、s2，其中p2、q2分别位于p1q1延长线上靠近p1与q1一侧，r2、s2分别位于r1s1延长线上靠近r1与s1一侧，且p2、q2、r2、s2的平面坐标根据《国家一、二等水准测量规范》确定，其中p2p1、q1q2的长度与跨河水准测量边ab的长度相等，r2r1、s1s2的长度与跨河水准测量边cd的长度相等；p2、q2、r2、s2点的大地高分别等于或约等于a点、b点、c点与d点的大地高。
27、进一步地，步骤s4中，还需计算a至本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于GNSS虚拟位置的跨河水准测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于GNSS虚拟位置的跨河水准测量方法，其特征在于，步骤S2与S7中，所述虚拟控制点P1、Q1、R1、S1的平面坐标中，P1A、BQ1的长度与跨河水准测量边AB的长度相等，R1C、DS1的长度与跨河水准测量边CD的长度相等；P1、Q1、R1、S1点的大地高分别等于或约等于A点、B点、C点与D点的大地高。
3.根据权利要求1所述的基于GNSS虚拟位置的跨河水准测量方法，其特征在于，步骤S3中，所述高程拟合方式包括但不限于平面拟合、二次曲面拟合、采用EGM2008或EIGEN-6C4之类的基于似大地水准面精化模型的高程拟合。
4.根据权利要求3所述的基于GNSS虚拟位置的跨河水准测量方法，其特征在于，计算所述高程拟合方式的残差及中误差，选取误差最小的高程拟合结果。
5.根据权利要求3所述的基于GNSS虚拟位置的跨河水准测量方法，其特征在于，所述平面拟合方式的计算公式为：
6.根据权利要求3所述的基于GNSS虚拟位置的跨河水准测量方法，
7.根据权利要求1所述的基于GNSS虚拟位置的跨河水准测量方法，其特征在于，所述高程异常变化率的计算公式为：
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于GNSS虚拟位置的跨河水准测量方法，其特征在于，所述跨河水准测量边AB、CD延长线上还分别构建有虚拟控制点P2、Q2、R2、S2，其中P2、Q2分别位于P1Q1延长线上靠近P1与Q1一侧，R2、S2分别位于R1S1延长线上靠近R1与S1一侧，其中P2P1、Q1Q2的长度与跨河水准测量边AB的长度相等，R2R1、S1S2的长度与跨河水准测量边CD的长度相等；P2、Q2、R2、S2点的大地高分别等于或约等于A、B、C与D的大地高。
9.根据权利要求8所述的基于GNSS虚拟位置的跨河水准测量方法，其特征在于，步骤S4中，还需计算A至P2点的高程异常变化率ɑAP2，取ɑAP1和ɑAP2的算术平均值作为AB跨河边A点的高程异常变化率值ɑA，步骤S5中，还需计算B至Q2点的高程异常变化率ɑBQ2，取ɑBQ1和ɑBQ2的算术平均值作为AB跨河边B点的高程异常变化率值ɑB。
10.一种基于GNSS虚拟位置的跨河水准测量系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于gnss虚拟位置的跨河水准测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于gnss虚拟位置的跨河水准测量方法，其特征在于，步骤s2与s7中，所述虚拟控制点p1、q1、r1、s1的平面坐标中，p1a、bq1的长度与跨河水准测量边ab的长度相等，r1c、ds1的长度与跨河水准测量边cd的长度相等；p1、q1、r1、s1点的大地高分别等于或约等于a点、b点、c点与d点的大地高。
3.根据权利要求1所述的基于gnss虚拟位置的跨河水准测量方法，其特征在于，步骤s3中，所述高程拟合方式包括但不限于平面拟合、二次曲面拟合、采用egm2008或eigen-6c4之类的基于似大地水准面精化模型的高程拟合。
4.根据权利要求3所述的基于gnss虚拟位置的跨河水准测量方法，其特征在于，计算所述高程拟合方式的残差及中误差，选取误差最小的高程拟合结果。
5.根据权利要求3所述的基于gnss虚拟位置的跨河水准测量方法，其特征在于，所述平面拟合方式的计算公式为：
6.根据权利要求3所述的基于gnss虚拟位置的跨河水准测量方法，其特征在于，所述二次曲面高程拟合方式的计算公式...
【专利技术属性】
技术研发人员：向克敏，彭小青，吴珍丽，方辉兵，郑强，熊伟，
申请(专利权)人：中铁大桥勘测设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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