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GPS测定垂线偏差及嵌入式数据采集

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GPS测定垂线偏差及嵌入式数据采集

作者:黄伟冯涛

来源:《无线互联科技》2015年第02期

摘要:垂线偏差在大地测量中是一项重要的数据,传统的测量方法受天气状况影响较

大。该文介绍了一种利用GPS和精密水准仪来测定垂线偏差的计算方法,实验结果表明,在一定条件下,该方法的精度符合要求。

关键词:垂线偏差;GPS;嵌入式

在大地测量工程中,为了便于计算,人们将地球假想成一个理想的椭球体,建立地心直角坐标系,从而把测量观测数据投射到椭球体上进行计算,著名的WGS-84就是国际普遍采用的以GPS为基础建立的坐标系。实际上,地球并不是一个质量均匀分布的椭球体,等重力势面的大地水准面和椭球面就有了差别,因此,大地水准面的垂线和椭球面的法线就有了偏差,我们称之为垂线偏差。

垂线偏差的测量方法有很多,传统的有天文经纬度测量法,重力测量法等,而GPS水准测量法受天气影响较小,比较有效的改善了测量的效率和精度。

1 GPS测定垂线偏差算法

1.1 垂线偏差定义

垂线偏差是指大地水准面的铅垂线和椭球面上法线方向的夹角,在大地测量中是一项重要的工作。测绘工程中,观测数据是以椭球面法线为基准进行计算。椭球面与大地水准面的关系如图1所示(这里所指的椭球面是以WGS-84定义的基准椭球体)。

1.2 垂线偏差测量原理

椭球面和大地水准面存在着高度差,我们假设:H为正常高,即海拔高,h为大地高,即离椭球高,N为高程异常(椭球面和大地水准面的距离)。若在实际地面做一条基线AB,由此可以推断出:

做两式差,

其中△hAB可以通过GPS数据得出,△HAB由精密水准仪测量得出。

在椭球面上建立以A点为原点,法线方向为Z轴,经度方向为Y轴,维度方向为Z轴的站心直角坐标系,如图2所示,u即是所求的垂线偏差角。假设u在经线方向和为向方向的分量分别为ε和η,而在基线方向的分量角为θ,可以得出:

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