一种有效的区域似大地水准面精度检测方法

测绘科学

Sc i ence o f Survey ing and M app i ng

V o l133N o16

N ov1

作者简介:廖超明(1975-),男,广西

平南人,博士研究生,主要从事GPS

数据处理方法与G PS技术应用研究。

E-m a i:l gps94041@1631co m

收稿日期:2008-03-06

一种有效的区域似大地水准面精度检测方法

廖超明¹º»,王龙波¼,覃允森½

(¹武汉大学测绘学院,武汉430079;º武汉大学卫星导航定位技术研究中心,武汉430079;

»广西壮族自治区测绘局,南宁530023;¼广西基础地理信息中心,南宁530023;

½广西第二测绘院,广西柳州545006)

=摘要>利用大地水准面逼近严密理论M o l odensk ii级数解,结合G PS、水准、重力和地形资料精化区域似大地水准面,其精度已从分米级向厘米级、高分辨率方向发展。如何客观、高效地评价区域似大地水准面精度是本文研究的主要目的。作者以广西似大地水准面精度检测为例子,给出了一种综合考虑GPS/水准检测点GPS大地高和水准测量误差的区域似大地水准面精度检测方法。利用覆盖广西境内的446个C级GPS控制网和航控GPS控制网GPS/水准检测点,点间距约25k m,采用加权平均法计算广西似大地水准面外符合检测精度为?01041m。

=关键词>GPS;似大地水准面;精度检测;加权平均法

=中图分类号>P223=文献标识码>A=文章编号>1009-2307(2008)06-0053-03

DO I:1013771/j1issn11009-2307120081061017

1引言

近二十多年,随着现代空间观测技术的飞速发展、大

地水准面理论研究的日趋深入,区域似大地水准面精化研

究工作已从分米级精度向厘米级精度、高分辨率方向发展。

我国大地测量学者先后成功地确定了厘米级精度省级似大

地水准面和优于1c m精度城市级似大地水准面[1-3]。似大

地水准面精化的主要目的是获取研究区域范围内一定精度

的高程异常值,用于转换GPS大地高为G PS正常高。如何

客观评价区域似大地水准面成果的精度,目前主要是通过

直接比较GPS/水准检测点的GPS正常高与实测水准高的残

差,计算检测点残差中误差作为被检测似大地水准面的精

度指标。如采用均匀空点法完成最终似大地水准面外符合

精度检验[4]、施测同精度等级的G PS/水准检测点进行

似大地水准面外符合精度检验[5-6]等。

对于采用直接计算检测点残差中误差的检测方法,由

于没有考虑GPS/水准检测点的GPS大地高测量精度和水准

测量精度,作者认为该方法尚未能真实、客观地评定被检

测区域似大地水准面成果的精度。为此,本文以广西似大

地水准面外符合精度检测为例,探讨了如何利用不同精度

等级的GPS/水准数据来客观评价区域似大地水准面成果的

精度。

2外符合精度检测原理

评价区域似大地水准面精化所达到的精度,可以通过

检测所获取的高程异常N精度来表达。地面上任何一点的

高程异常N与该点的大地高H和正常高h具有如下关系:

h=H-N(1)

区域似大地水准面精度检测所选用的G PS/水准检测点

是一种同时具有GPS正常高h

G 和水准高h

S

的检测点,由

于检测点的两个正常高成果是通过不同的技术手段获取的,因此两者之间存在差异,称之为正常高残差v,如式(2)所示:

v=h

G

-h

S

(2)

将式(1)代入式(2)得:

v=H-N-h

S

(3)

根据误差传播定理和式(3)得到:

m2

v

=m2

H

+m2N+m2

hs

(4)

式中:m

v

为正常高不符值中误差;m

H

为大地高测量中误差;m N为高程异常N中误差(即区域似大地水准面中

误差);m

hs

为水准测量中误差。

由式(2)可以计算得到正常高不符值中误差m

v

:

m

v

=?([vv]/n)(5)式中:n为检测点的个数。

大地高测量中误差m

H

由G PS控制网平差成果统计得

到,水准测量中误差m

hs

由各等级水准测量精度统计得到。因此,通过式(6)计算得到广西似大地水准面成果中误差m N:

m N=?m2

v

-m2

H

-m2

hs

(6)

由式(6)可以知道,在区域似大地水准面中误差m N计算公式中已充分考虑了GPS/水准检测点测量精度对检测结果的影响,能够真实、客观地评定被检测区域似大地水准面成果的精度。因此,可以同时采用不同等级精度的G PS/水准检测点进行外符合精度检测,在分类计算区域似大地水准面精度的基础上,通过式(7)加权平均法计算得到区域似大地水准面精化成果的整体精度m N。本文以广西似大地水准面为例,设计利用现有的包括C级GPS控制点和航测G PS控制点对广西似大地水准面进行外符合精度检测分析。

m N=?[p

i

m N

i

]/[p

i

](7) 3GPS数据处理

311GPS/水准数据整理分析

经过数据整理和精度分析,获得能够用于精度统计的C级GP S/水准检测点215个、航控G PS/水准检测点231个。C级GP S/水准检测点是1997年~2003年期间布设的,分布于广西境内。航控G PS/水准检测点是2005年~2007年布设的,主要是用于弥补C级G PS控制点分布不均匀的缺陷,由104个子网组成。G PS/水准检测点平距距离约25公里,点位分布如图1所示。蓝色点为C级G PS/水准检测点,橙色点为航控G PS/水准检测点,曲线为示意性省界。

311GPS基线数据处理方案测绘科学第33

卷

图1广西似大地水准面GPS/水准检测点分布图

31111C级G PS控制网基线数据处理

为了获取高质量的G PS基线向量解,对于外业观测时间3~4个小时的C级G PS控制网,利用美国麻省理工学院和Scr i pps研究所共同研制的GAM I T软件进行高精度GPS 基线数据处理。基线数据处理过程中综合考虑了精密星历、坐标框架与历元、卫星钟差模型改正、接收机钟差模型改正、电离层折射影响改正、对流层折射影响改正、卫星和接收机天线相位中心改正等因素。

31112航控GPS控制网基线数据处理

由于航控GPS/水准检测点过于分散,同步观测时间一般在115小时~215小时之间,不宜采用GAM I T软件进行数据处理。选用T ri m b le随机基线处理软件TGO1162进行基线数据处理,以同步环闭合差、异步环闭合差和重复基线闭合差精度统计量作为评价各子网基线解算质量好坏的标准。312GPS控制网平差方案

为了获取与广西似大地水准面统一基准的空间三维坐标,C级G P S控制网以所联测的广西A、B级G PS控制点作为起算点,航控GP S子网以所联测的广西A、B、C级G PS控制点作为起算点,在W G S-84坐标系下进行三维约束平差计算,获取各检测点的三维坐标成果(B, L,H)。

313GPS/水准检测点大地高测量精度分析

根据三维约束平差计算结果,分别统计得到各等级G PS控制网GPS大地高测量中误差如表1所示。

4GPS/水准检测点水准测量精度分析

表1各等级GPS控制点

GPS大地高测量精度统计

单位:m

GPS测量等级C级GPS

控制网

航测GPS

控制网

大地高测量精度?01022?01030

广西似大地水准面外

符合精度检测的范围达到

了23167万km2,各检测

点水准成果测量精度不统

一。因此,必需充分考虑

检测点各等级水准成果的

测量误差对广西似大地水

准面精度检测带来的影响。水准测量规范G B127-1991、G B128-1991规定了各等级水准测量符合路线长度最大值和每公路偶然中误差限差如表2所示。为了简化计算,对于一、二、三、四等水准路线取水准闭合环或水准符合路线的1/4处水准点的测量精度作为该等级水准成果的平均测量精度。各等级水准测量精度指标统计如表2所示。

5外符合精度检测分析

511GPS/水准检测点定权

对G PS/水准检测点进行分类,分别按照各类检测点的G PS大地高测量精度和水准测量精度进行定权。各等级水准观测值定权原则:以一等水准成果平均测量中误差为单位权中误差,对一、二、三、四等水准测量观测值进行定权,权比为110B014B012B011。GPS大地高观测值定权原则:以C 级GPS控制点大地高测量中误差为单位权中误差,对C级和航控GPS大地高观测值进行定权,权比为110B015。

表2各等级水准测量精度指标

等级

水准环线(符合

路线)长度最大

值单位:km

每公路偶然中

误差单位:mm

1/4路线长度

单位:k m

平均测量精度

单位:mm

一等水准路线1000~15000145375817

二等水准路线500~7501187151317

三等水准路线150337151814

四等水准路线805202214

512C级GPS/水准检测点检测精度分析

对215个C级GPS/水准检测点按照水准成果的等级分类,分别计算C级G PS/水准检测点的正常高残差中误差。由表1至表3和式(6)计算得到各类C级GPS/检测点外符合精度检测精度,如表3所示。

表3C级GPS/水准检测点分类检测精度统计表

单位:m

C级检测点水准等级

一等

水准

二等

水准

三等

水准

四等

水准

平均值

加权平

均值C级检测点数量50531057

正常高残差中误差?01044?01056?01067?01045?01053

外符合精度检测精度?01037?01050?01061?01032?01043根据各等级水准观测值权比,由式(7)计算得到采用C级G PS/水准检测点检测广西似大地水准面外符合精度的

加权平均值:m F c=?[p

i

m F i]/[p

i

]

=?(110@01037+014@01050+012@01061+011@ 01032)/(110+014+012+011)

=?010724/117

=?01043(m)

513航控GPS/水准检测点检测精度分析

对231个航控G PS/水准检测点采用相同的方法进行分类计算,得到航控G PS/水准检测点的正常高残差中误差、外符合检测精度和加权平均值,如表4所示。

表4航控GPS/水准检测点分类检测精度统计表

单位:m

航控检测点水准等级

一等

水准

二等

水准

三等

水准

四等

水准

平均值

加权平

均值航控检测点数量20361669

正常高残差中误差?01043?010?01057?01049?01054

外符合精度检测精度?01030?01051?01045?01032?01037 514广西似大地水准面外符合精度综合分析

采用同样的分类加权平均法,以C级GPS/水准检测点和航控GPS/水准检测点大地高观测精度进行定权,由式(7)计算广西似大地水准面成果整体精度:

m

N int e ge r

=?[p

i

m

N i

]/[p

i

]

=?(110@01043+015@01037)/(110+015)

=?010615/115

=?01041(m)

另外,本文作者在不考虑检测点测量误差的情况下,计算了检测点正常高残差中误差的平均值:

m c N=?6

n

i=1

m N

i

/n

=?(01053+0154)/2

=?01054(m)

在不考虑GPS/水准检测点测量误差的情况下,仅计算正常高残差中误差则会给检测结果引入?01013m的误差。

(下转第41页)

54第6期许长辉等一种新的S AR影像融合滤波方法

件可以实现对图像的去噪及边缘信息的保持。然而,偏微分方程中每个方程都具有不同的约束条件,利用约束程度可以获得所需要的图像处理效果。即使这样,每种方法仍有其内在的缺陷,因此,要达到更好的图像效果,需要对图像进行融合滤波,这也将是今后研究的一个重要方向。利用不同滤波方法的优点来优势互补,达到最优配置。

小波分析是目前图像处理中广泛应用的图像处理方法,随着其不断发展,其特有的多尺度特性得到普遍的关注,克服了其他特性的一些缺点。然而即使小波分析的多尺度特性,仍无法在保持细节信息的同时,更好地去除噪声,因此如何将小波分析的多尺度特性和偏微分方程的尺度空间以及约束性结合起来进行融合滤波,克服各自缺点,充分利用各自优点来更好地进行图像处理是今后进一步研究的方向。

参考文献

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的研究[J]1测绘科学,2004,29(6)1

Fu si on filter of th e SAR i m age based on A M SS equati on and m ed ian filter Abstrac t:T o effecti ve l y so lve the con trad i ction proble m s bet ween speck le no ise reducti on and i m age edge prese rvation,s m oothing SAR i m age can be obta i ned by m edian filteri ng firstly1Then a SAR i m age w ith preserved i m age edg e i n f o r m ati on can be gotten by AM SS equati on1F ina lly,t he t wo S AR i m ages can be fused i nto a f usion i m ag e,w hich can be ana l y zed quantitatively and qua litatively1 S i m u l a ti on resu lts show that the fusi on i m ag e can reduce speckle no ise and prese rve de ta il eage inf o r m ati ons e ffectively1 K ey W ords:AM SS equation;m edian filter;f usion filter;assess m ent

X U Chang-hui;WAN G J ian;GAO J i ng-x iang;SUN J i u-y un(co llege o f env iron m ent and spati a l infor m atics,Ch i na U n i versity of M i n i ng and T echno l ogy,Xuzhou J i angsu221008,China)

(上接第54页)

6结束语

由上述分析可知,同时采用C级GPS控制网和航控G PS控制网的GP S/水准检测点对广西似大地水准面进行外符合精度检测,在综合考虑检测点GPS大地高和水准成果测量误差的情况下,通过加权平均法评定广西似大地水准面成果的整体精度,检测结果更加客观科学。另外,该方法由于考虑了GPS/水准检测点的测量误差,可以综合利用已有各种精度等级GPS/水准检测点进行外符合精度检测,显著地提高了区域似大地水准面精度检测的效率。

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An effective m ethod of region quasi geoi d p rec isi on exa m inati on

Abstrac t:Comb i n i ng w ith G PS,l eve li ng,g rav ity and terra i n data,M o l odensk ii.s ser i es so l uti on is used to de ter m i ne t he reg ion quasi geo i d,and the accuracy of reg i on quasi geo i d has deve l oped from the dec i m eter level to the centi m e ter l eve l prec isi on and high resoluti on1T he m a i n purpo se of this paper i s to ob j ectively and e ffectively i nspect t he accuracy o f reg ion quasi geo i d1The au t hor g i ves an e ffecti ve precision ex a m i na ti on me t hod of reg i on quasi geo i d in overall evalua ti on t he m easuri ng erro r of GPS leve li ng check i ng points by tak i ng G uangX i quasi geo i d fo r exa m ple1446GPS leve li ng check i ng po i nts o f c o rder G PS net wo rk and a ir survey i ng G PS net wo rk, d i str i bu ted over Guangx i and w it h the spac i ng about25k m,a re utili zed to i nspect GuangX i quasi geoid adopti ng we i ghted m ean m e t h-od1T he accuracy o f ex terna l check i ng i s01041m ete r1

K ey word s:G PS;quasi g eo id;prec i s i on exam ina ti on;we i ghted m ean m ethod

LIAO Chao-m ing¹º»,WANG Long-bo¼,QIN Yun-sen½(¹Schoo l o f G eodesy and G eom atics,W uhan U n i versity,W uhan 430079,Chi na;ºGN SS R esearch Cen ter,W uhan U n i versity,W uhan430079,Chi na;»D epa rt m en t o f L and Survey ing,G uangx i Bu reau o f Surv ey i ng and M apping,N ann i ng530023,Ch i na;¼G eom ati cs Center of G uangx,i N ann i ng530023,Ch i na;½T he Sec-ond Institute of Survey i ng andM app i ng of G uangx,i L iuz hou545006,Chi na)

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