CN114353744A - 一种基于srtm1和egm2008的gps高程拟合方法及拟合系统 - Google Patents

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张良
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Abstract

本发明公开了一种基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合方法，所述方法包括以下步骤：S01、选取s个已知点，求这s个已知点的高程异常，然后使用已知点的高程异常减去已知点的高程异常长波项和已知点的高程异常短波项得到已知点的高程异常残余量；S02、对s个已知点的高程异常残余量进行拟合，得到高程异常残余量的拟合模型；S03、基于高程异常残余量的拟合模型解算待定点的高程异常残余量，待定点的高程异常残余量加上待定点的高程异常长波项和高程异常短波项得到待定点的高程异常，使用待定点的GPS大地高减去待定点的高程异常得到待定点的正常高。以解决现有技术对于水利水电工程这种多位于地形复杂区域的情况，高程测量难度大，高程拟合精度不高的问题。

Description

一种基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合方法及拟合系统
技术领域
本发明涉GPS高程测量技术领域，尤其涉及一种基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合方法及拟合系统。
背景技术
GPS高程测量得到的大地高转换为工程上用的正常高，关键在于高程异常的求解。对于高程异常的求解，目前主要采用“移去-恢复”技术。文献[1]利用数字地形模型和WDM94地球重力场模型，采用“移去-恢复”技术计算了深圳市1km分辨率的大地水准面模型，差值标准差约±1.4cm。文献[2]以香港大地水准面为例研究地形对高精度局部大地水准面的影响，得到一些对确定厘米级大地水准面有参考意义的结论。文献[3]综合使用EGM2008和剩余地形模型，采用同样的思路，用少量的GPS/水准点获得了较好的高程转换结果。文献[11]基于EGM2008和数字高程模型(DEM)详细对比了不同解算策略求解高程异常的差异，其外符合精度达到0.96cm。但是现有技术的高程异常的求解方法对于水利水电工程这种多位于地形复杂区域的情况，高程拟合精度不高。
发明内容
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的是提供一种。
本发明的技术方案是：一种基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S01、每1000平方公里选取s个已知点，求这s个已知点的高程异常，然后使用已知点的高程异常减去已知点的高程异常长波项和已知点的高程异常短波项得到已知点的高程异常残余量；
S02、对s个已知点的高程异常残余量进行拟合，得到高程异常残余量的拟合模型；
S03、基于高程异常残余量的拟合模型解算待定点的高程异常残余量，待定点的高程异常残余量加上待定点的高程异常长波项和高程异常短波项得到待定点的高程异常，使用待定点的GPS大地高减去待定点的高程异常得到待定点的正常高。
优选地，所述s的范围为5-10。
进一步地，所述高程异常长波项的计算方法如下：
Figure BDA0002981295110000021
式中，GM为地心引力常数；a为椭球长半径；
Figure BDA0002981295110000022
和
Figure BDA0002981295110000023
为完全规格化位系数；
Figure BDA0002981295110000024
为完全规格化缔合Legendre函数，r为GPS水准点的地心向径，γ为正常重力，λ为经度。
进一步地，，所述高程异常短波项的计算方法如下：
Figure BDA0002981295110000025
式中，a，b，c，d分别表示流动单元四个格网点，δa表示网格点a处的地形改正项，δb表示网格点b处的地形改正项，δc表示网格点c处的地形改正项，δd表示网格点d处的地形改正项，s为流动单元边长，Δx表示待求点与流动单元左下角格网点x轴方向的坐标差，Δy表示待求点与流动单元左下角格网点y轴方向的坐标差。
进一步地，所述地形改正项的计算方法为：
Figure BDA0002981295110000026
式中，G为万有引力常数；ρ为地球质量密度，可根据实际计算对照水准数据获取的经验取值；hi表示划分的流动单元平均高程，可由流动单元的四个格网点取平均求得，流动单元需结合DEM数据及测区范围划分；h为代求点高程；l为待求点到流动单元的距离；dxdy为流动单元面积。
进一步地，所述高程异常残余量的拟合方法为函数法。
进一步地，当地形未知时所述高程异常残余量的拟合方法为SVM拟合。
一种基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合系统，包括：
残余量计算模块，所述残余量计算模块通过在每1000平方公里选取s个已知点，求这s个已知点的高程异常，然后使用已知点的高程异常减去已知点的高程异常长波项和已知点的高程异常短波项得到已知点的高程异常残余量，并将已知点的高程异常残余量发送给残余量拟合模块；
残余量拟合模块，所述残余量拟合模块接收已知点的高程异常残余量，对s个已知点的高程异常残余量进行拟合得到高程异常残余量的拟合模型，并将高程异常残余量的拟合模型发送给正常高计算模块；
正常高计算模块，所述正常高计算模块接收高程异常残余量的拟合模型，基于高程异常残余量的拟合模型解算待定点的高程异常残余量，待定点的高程异常残余量加上待定点的高程异常长波项和高程异常短波项得到待定点的高程异常，使用待定点的GPS大地高减去待定点的高程异常得到待定点的正常高。
优选地，所述s的范围为5-10。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明先通过已知点求出高程异常残余量，再通过对高程异常残余量进行拟合得到高程异常残余量的拟合模型，再通过高程异常残余量的拟合模型求出待定点得高程异常残余量，从而求出待定点的正常高，相比现有得GPS高程测量方法，本发明对高程异常残余量进行拟合，对于地形复杂的水利水电工程区域，高程异常的解算更加精确，达到二等至三等水准的精度，GPS高程测量的精度更高。
附图说明
图1为本发明实施实例1的流程图；
图2为本发明实施实例2的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：
实施例1：参考图1，一种基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S01、每1000平方公里选取s个已知点，求这s个已知点的高程异常，然后使用已知点的高程异常减去已知点的高程异常长波项和已知点的高程异常短波项得到已知点的高程异常残余量；
S02、对s个已知点的高程异常残余量进行拟合，得到高程异常残余量的拟合模型；
S03、基于高程异常残余量的拟合模型解算待定点的高程异常残余量，待定点的高程异常残余量加上待定点的高程异常长波项和高程异常短波项得到待定点的高程异常，使用待定点的GPS大地高减去待定点的高程异常得到待定点的正常高。
通过已知点求出高程异常残余量，再通过对高程异常残余量进行拟合得到高程异常残余量的拟合模型，再通过高程异常残余量的拟合模型求出待定点得高程异常残余量，从而求出待定点的正常高，相比现有得GPS高程测量方法，本发明对高程异常残余量进行拟合，对于地形复杂的水利水电工程区域，高程异常的解算更加精确，达到二等至三等水准的精度，GPS高程测量的精度更高，无需额外增加测量数据，高程测量难度低，大大缩短了高程复测的工作周期。
优选地，所述s的范围为5-10。
进一步地，所述高程异常长波项的计算方法如下：
Figure BDA0002981295110000041
式中，GM为地心引力常数；a为椭球长半径；
Figure BDA0002981295110000042
和
Figure BDA0002981295110000043
为完全规格化位系数；
Figure BDA0002981295110000044
为完全规格化缔合Legendre函数，r为GPS水准点的地心向径，γ为正常重力，λ为经度。
上式是EGM2008是由NGA于2008年4月在充分利用最新数据的基础上研制发布的新一代地球重力场模型的地面任意点的高程异常长波项计算公式。它以PGM2007B为参考，综合利用GRACE卫星重力数据、全球5′×5′重力异常数据、TOPEX卫星测高数据、地形数据以及地面重力数据。
进一步地，所述高程异常短波项的计算方法如下：
Figure BDA0002981295110000045
式中，a，b，c，d分别表示流动单元四个格网点，δa表示网格点a处的地形改正项，δb表示网格点b处的地形改正项，δc表示网格点c处的地形改正项，δd表示网格点d处的地形改正项，s为流动单元边长，Δx表示待求点与流动单元左下角格网点x轴方向的坐标差，Δy表示待求点与流动单元左下角格网点y轴方向的坐标差。
对于地形变化复杂的水利水电工程，局部高程异常会呈现无规律变化，通过去掉地形改正项后拟合，得到的述高程异常短波项更加精确。
进一步地，所述地形改正项的计算方法为：
Figure BDA0002981295110000051
式中，G为万有引力常数；ρ为地球质量密度，可根据实际计算对照水准数据获取的经验取值；hi表示划分的流动单元平均高程，可由流动单元的四个格网点取平均求得，流动单元需结合DEM数据及测区范围划分；h为代求点高程；l为待求点到流动单元的距离；dxdy为流动单元面积。
SRTM(航天飞机雷达地形测绘使命)模型则是NASA和美国国防部国家测绘局(NIMA)以及德国与意大利航天机构合作联合测量，由美国发射的“奋进”号航天飞机上搭载SRTM系统完成。DEM产品从2003年开始发布，其地形数据按精度可以分为SRTM1和SRTM3，对应的分辨率是1″和3″(约30m和90m)。上式是SRTM模型的高程异常短波项计算公式。
进一步地，所述高程异常残余量的拟合方法为函数法。
进一步地，当地形未知时所述高程异常残余量的拟合方法为SVM拟合。
地形情况未知时，采用SVM拟合有更好的适配性。
实施例2：参考图2，一种基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合系统，包括：
残余量计算模块，所述残余量计算模块通过在每1000平方公里选取s个已知点，求这s个已知点的高程异常，然后使用已知点的高程异常减去已知点的高程异常长波项和已知点的高程异常短波项得到已知点的高程异常残余量，并将已知点的高程异常残余量发送给残余量拟合模块；
残余量拟合模块，所述残余量拟合模块接收已知点的高程异常残余量，对s个已知点的高程异常残余量进行拟合得到高程异常残余量的拟合模型，并将高程异常残余量的拟合模型发送给正常高计算模块；
正常高计算模块，所述正常高计算模块接收高程异常残余量的拟合模型，基于高程异常残余量的拟合模型解算待定点的高程异常残余量，待定点的高程异常残余量加上待定点的高程异常长波项和高程异常短波项得到待定点的高程异常，使用待定点的GPS大地高减去待定点的高程异常得到待定点的正常高。
通过将已知点数据输入残余量计算模块求出高程异常残余量，再通过残余量拟合模块对高程异常残余量进行拟合得到高程异常残余量的拟合模型，再通过高程异常残余量的拟合模型求出待定点得高程异常残余量，最后通过正常高计算模块从而求出待定点的正常高，相比现有得GPS高程测量方法，本发明对高程异常残余量进行拟合，对于地形复杂的水利水电工程区域，高程异常的解算更加精确，达到二等至三等水准的精度，GPS高程测量的精度更高，无需额外增加测量数据，高程测量难度低。
优选地，所述s的范围为5-10。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S01、每1000平方公里选取s个已知点，求这s个已知点的高程异常，然后使用已知点的高程异常减去已知点的高程异常长波项和已知点的高程异常短波项得到已知点的高程异常残余量；
S02、对s个已知点的高程异常残余量进行拟合，得到高程异常残余量的拟合模型；
S03、基于高程异常残余量的拟合模型解算待定点的高程异常残余量，待定点的高程异常残余量加上待定点的高程异常长波项和高程异常短波项得到待定点的高程异常，使用待定点的GPS大地高减去待定点的高程异常得到待定点的正常高。
2.根据权利要求1所述的基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合方法，其特征在于，所述s的范围为5-10。
3.根据权利要求1所述的基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合方法，其特征在于，所述高程异常长波项的计算方法如下：
Figure FDA0002981295100000011
式中，GM为地心引力常数；a为椭球长半径；
Figure FDA0002981295100000012
和
Figure FDA0002981295100000013
为完全规格化位系数；
Figure FDA0002981295100000014
为完全规格化缔合Legendre函数，r为GPS水准点的地心向径，γ为正常重力，λ为经度。
4.根据权利要求1所述的基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合方法，其特征在于，所述高程异常短波项的计算方法如下：
Figure FDA0002981295100000015
式中，a，b，c，d分别表示流动单元四个格网点，δa表示网格点a处的地形改正项，δb表示网格点b处的地形改正项，δc表示网格点c处的地形改正项，δd表示网格点d处的地形改正项，s为流动单元边长，Δx表示待求点与流动单元左下角格网点x轴方向的坐标差，Δy表示待求点与流动单元左下角格网点y轴方向的坐标差。
5.根据权利要求4所述的基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合方法，其特征在于，所述地形改正项的计算方法为：
Figure FDA0002981295100000021
式中，G为万有引力常数；ρ为地球质量密度，可根据实际计算对照水准数据获取的经验取值；hi表示划分的流动单元平均高程，可由流动单元的四个格网点取平均求得，流动单元需结合DEM数据及测区范围划分；h为代求点高程；l为待求点到流动单元的距离；dxdy为流动单元面积。
6.根据权利要求1所述的基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合方法，其特征在于，所述高程异常残余量的拟合方法为函数法。
7.根据权利要求1所述的基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合方法，其特征在于，当地形未知时所述高程异常残余量的拟合方法为SVM拟合。
8.一种基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合系统，其特征在于，包括：
残余量计算模块，所述残余量计算模块通过在每1000平方公里选取s个已知点，求这s个已知点的高程异常，然后使用已知点的高程异常减去已知点的高程异常长波项和已知点的高程异常短波项得到已知点的高程异常残余量，并将已知点的高程异常残余量发送给残余量拟合模块；
残余量拟合模块，所述残余量拟合模块接收已知点的高程异常残余量，对s个已知点的高程异常残余量进行拟合得到高程异常残余量的拟合模型，并将高程异常残余量的拟合模型发送给正常高计算模块；
正常高计算模块，所述正常高计算模块接收高程异常残余量的拟合模型，基于高程异常残余量的拟合模型解算待定点的高程异常残余量，待定点的高程异常残余量加上待定点的高程异常长波项和高程异常短波项得到待定点的高程异常，使用待定点的GPS大地高减去待定点的高程异常得到待定点的正常高。
9.根据权利要求8所述的基于SRTM1和EGM2008的GPS高程拟合系统，其特征在于，所述s的范围为5-10。
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