一种工程控制网的布设方法和装置

摘要

本发明提供一种工程控制网的布设方法和装置。所述工程控制网的布设方法，包括：在测区控制区域内，选定GPS控制网点；根据所述GPS控制网点的相对参考椭球面的大地高H′和所述GPS控制网点的高程异常ζ2008，获取所述GPS控制网点的正常高h；在所述测区控制区域内，选择平面控制点；利用所述平面控制点的工程应用坐标，对GPS控制网进行平面约束平差，得到所述GPS控制网点的工程应用平面坐标；根据所述GPS控制网点的正常高h和所述GPS控制网点的工程应用平面坐标，进行工程施工的处理。本发明中，在同一个GPS控制网中，既可以得到平面坐标，也可以得到海拔高程。

说明书

技术领域

本发明涉及测量工程技术领域，特别涉及一种工程控制网的布设方法和装置。

背景技术

GPS相对定位技术能够在10^-6～10^-8的量级精度上获得所测点位的三维相对坐标。在实际工程测量应用中，GPS测量在平面控制方面发挥了巨大作用，但是，GPS测量中的高程信息却没有得到充分利用，工程测量中的高程控制仍沿用传统的水准测量方法。这是因为GPS技术获得的高程信息是相对于WGS-84椭球的大地高，而我国的法定高程系统是以似大地水准面为基准的正常高系统。

我国采用的是以似大地水准面为起算面的正常高系统,高程基准是1985国家高程基准,该高程基准的起算面为1952～1979年青岛验潮资料确定的黄海平均海平面,由于海面地形与海平面上升的影响,我国区域似大地水准面与全球似大地水准面有量级约为0.5m的偏差。因此,1985国家高程基准为一局部高程基准。高程基准及其相互关系如图1所示。

大地高是以参考椭球面为基准的高程系统，地面点的大地高定义为由地面点沿过该点的椭球法线到参考椭球面的距离。大地高是一个几何量，不具有物理意义，不同定义的椭球具有不同的大地高。椭球面和(似)大地水准面的关系如图2所示。GPS定位测量获得的是WGS-84椭球大地坐标系中的成果，是相对于WGS-84椭球的大地高。大地高H可以分解正常高h和高程异常ζ两部分，正常高h是地面点至似大地水准面的距离，高程异常是ζ是似大地水准面至参考椭球体的距离。

目前，工程应用中GPS高程测量以拟合法为主，拟合法的主要思想是在区域内部分GPS控制网点上进行了水准测量,使这些点即有WGS-84大地高,也有正常高,这样可计算这些离散GPS/水准点的高程异常。拟合法是利用区域内已知高程异常点去推估其余GPS点的高程异常。拟合方法包括曲面拟合法、多面函数法、神经网络法等。若拟合区域较大，可采用分区拟合的方法，即将整个GPS网划分为若干区域，利用位于各个区域中的已知点分别拟合出该区域中的各点的高程异常值。由于作为高程基准面的似大地水准面的不规则性，任何拟合方法都包含模型的代表性误差。在起伏较大的丘陵和山区，拟合方法得到的正常高精度较低。

另一种GPS高程测量的方法是采用区域高精度、高分辨率的似大地水准面数值模型，似大地水准面模型可以给出任一点的似大地水准面高，看作一种测定正常高的参考框架，将GPS大地高转换为正常高，但似大地水准面精化技术所用原始数据种类多，技术复杂，不能为大多数测绘生产单位和施工企业广泛应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种工程控制网的布设方法和装置，能够在同一个GPS控制网中，既可以得到平面坐标，也可以得到海拔高程。

一方面，为一种工程控制网的布设方法，包括：

在测区控制区域内，选定GPS控制网点；

获取所述GPS控制网点的正常高h；

在所述测区控制区域内，选择平面控制点；

利用所述平面控制点的工程应用坐标，对GPS控制网进行平面约束平差，得到所述GPS控制网点的工程应用平面坐标；

根据所述GPS控制网点的正常高h和所述GPS控制网点的工程应用平面坐标，进行工程施工的处理。

所述获取所述GPS控制网点的正常高h的步骤包括：

获取所述GPS控制网点的高程异常ζ₂₀₀₈；

获取所述GPS控制网点的相对参考椭球面的大地高H′；

根据所述GPS控制网点的相对参考椭球面的大地高H′和所述GPS控制网点的高程异常ζ₂₀₀₈，获取所述GPS控制网点的正常高h。

所述获取所述GPS控制网点的高程异常ζ₂₀₀₈的步骤包括：

在WGS-84坐标系中进行无约束平差，获得所述GPS控制网点在WGS-84地心三维坐标系中的坐标(X,Y,Z)；

将所述GPS控制网点在WGS-84地心三维坐标系中的坐标(X,Y,Z)转换为第一大地坐标(B,L,H)；

利用EGM2008超高阶重力场模型，根据所述GPS控制网点的所述第一大地坐标，计算所述GPS控制网点的高程异常ζ₂₀₀₈。

所述获取所述GPS控制网点的相对参考椭球面的大地高H′的步骤包括：

在测区控制区域内，选取高程控制点；

计算所述高程控制点相对所述参考椭球面的大地高；

根据所述高程控制点相对所述参考椭球面的大地高，对GPS控制网进行高程约束和三维约束平差，得到GPS控制网点的第二大地坐标(B′,L′,H′)；

提取所述第二大地坐标中的H′，作为所述GPS控制网点相对参考椭球面的大地高H′。

所述计算所述高程控制点相对所述参考椭球面的大地高的步骤包括：

获取所述高程控制点的正常高；

根据EGM2008超高阶重力场模型，计算所述高程控制点的高程异常；

根据所述高程控制点的正常高和所述高程控制点的高程异常，计算所述高程控制点相对所述参考椭球面的大地高。

另一方面，提供一种工程控制网的布设装置，包括：

第一选择单元，在测区控制区域内，选择GPS控制网点；

第一获取单元，获取所述GPS控制网点的正常高h；

第二选择单元，在所述测区控制区域内，选择平面控制点；

第二获取单元，利用所述平面控制点的工程应用坐标，对GPS控制网进行平面约束平差，得到所述GPS控制网点的工程应用平面坐标；

处理单元，根据所述GPS控制网点的正常高h和所述GPS控制网点的工程应用平面坐标，进行工程施工的处理。

第一获取单元包括：

第一获取子单元，获取所述GPS控制网点的相对参考椭球面的大地高H′；

第二获取子单元，获取所述GPS控制网点的高程异常ζ₂₀₀₈；

计算子单元，根据所述GPS控制网点的相对参考椭球面的大地高H′和所述GPS控制网点的高程异常ζ₂₀₀₈。

所述第二获取子单元包括：

获取子模块，在WGS-84坐标系中进行无约束平差，获得所述GPS控制网点在WGS-84地心三维坐标系中的坐标(X,Y,Z)；

转换子模块，将所述GPS控制网点在WGS-84地心三维坐标系中的坐标(X,Y,Z)转换为第一大地坐标(B,L,H)；

计算子模块，利用EGM2008超高阶重力场模型，根据所述GPS控制网点的所述第一大地坐标，计算所述GPS控制网点的高程异常ζ₂₀₀₈。

所述第一获取子单元包括：

选择子模块，在测区控制区域内，选取高程控制点；

第一计算子模块，计算所述高程控制点相对所述参考椭球面的大地高；

第二计算子模块，根据所述高程控制点相对所述参考椭球面的大地高，对GPS控制网进行高程约束和三维约束平差，得到GPS控制网点的第二大地坐标(B′,L′,H′)；

提取子模块，提取所述第二大地坐标中的H′，作为所述GPS控制网点相对参考椭球面的大地高H′。

所述第一计算子模块包括：

获取子模块，获取所述高程控制点的正常高；

第一计算子模块，根据EGM2008超高阶重力场模型，计算所述高程控制点的高程异常；

第二计算子模块，根据所述高程控制点的正常高和所述高程控制点的高程异常，计算所述高程控制点相对所述参考椭球面的大地高。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明，在同一个GPS控制网中，既可以得到平面坐标，也可以得到海拔高程，为水准实施困难区域的高程控制测量提供了新的思路。

附图说明

图1为高程基准及其相互关系的示意图；

图2为椭球面和(似)大地水准面的关系的示意图；

图3为本发明所述的一种工程控制网的布设方法的流程示意图；

图4为本发明所述的工程控制网的布设装置的连接示意图；

图5为EGM2008模型全球高程异常等值线的示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图3所示，为一种工程控制网的布设方法，包括：

步骤21，在测区控制区域内，选定GPS控制网点；

步骤22，获取所述GPS控制网点的正常高h；

步骤23，在所述测区控制区域内，选择平面控制点；

步骤24，利用所述平面控制点的工程应用坐标，对GPS控制网进行平面约束平差，得到所述GPS控制网点的工程应用平面坐标；

步骤25，根据所述GPS控制网点的正常高h和所述GPS控制网点的工程应用平面坐标，进行工程施工的处理。后续的工程施工的相关处理中，都需要用到所述GPS控制网点的正常高h和所述GPS控制网点的工程应用平面坐标。

步骤22包括：

步骤221，获取所述GPS控制网点的高程异常ζ₂₀₀₈；

步骤222，获取所述GPS控制网点的相对参考椭球面的大地高H′；

步骤223，根据所述GPS控制网点的相对参考椭球面的大地高H′和所述GPS控制网点的高程异常ζ₂₀₀₈，获取所述GPS控制网点的正常高h。

所述步骤221包括：

步骤2211，在WGS-84坐标系中进行无约束平差，获得所述GPS控制网点在WGS-84地心三维坐标系中的坐标(X,Y,Z)；

步骤2212，将所述GPS控制网点在WGS-84地心三维坐标系中的坐标(X,Y,Z)转换为第一大地坐标(B,L,H)；其中，第一大地坐标(B,L,H)为GPS控制网点的相对WGS-84椭球的坐标值，H为相对WGS-84椭球的大地高。

步骤2213，利用EGM2008超高阶重力场模型，根据所述GPS控制网点的所述第一大地坐标，计算所述GPS控制网点的高程异常ζ₂₀₀₈。

所述步骤222包括：

步骤2221，在测区控制区域内，选取高程控制点；

步骤2222，计算所述高程控制点相对所述参考椭球面的大地高；

步骤2223，根据所述高程控制点相对所述参考椭球面的大地高，对GPS控制网进行高程约束和三维约束平差，得到GPS控制网点的第二大地坐标(B′,L′,H′)。

步骤2224，提取所述第二大地坐标中的H′，作为所述GPS控制网点相对参考椭球面的大地高H′。第二大地坐标(B′,L′,H′)为GPS控制网点的相对假定参考椭球面的坐标值，H′为相对假定参考椭球面的大地高。

步骤2222包括：

步骤22221，获取所述高程控制点的正常高；

步骤22222，根据EGM2008超高阶重力场模型，计算所述高程控制点的高程异常；

步骤22223，根据所述高程控制点的正常高和所述高程控制点的高程异常，计算所述高程控制点相对所述参考椭球面的大地高。

如图4所示，为本发明所述的一种工程控制网的布设装置，包括：

第一选择单元31，在测区控制区域内，选择GPS控制网点；

第一获取单元32，根据所述GPS控制网点的相对参考椭球面的大地高H′和所述GPS控制网点的高程异常ζ₂₀₀₈，获取所述GPS控制网点的正常高h；

第二选择单元33，在所述测区控制区域内，选择平面控制点；

第二获取单元34，利用所述平面控制点的工程应用坐标，对GPS控制网进行平面约束平差，得到所述GPS控制网点的工程应用平面坐标；

处理单元35，根据所述GPS控制网点的正常高h和所述GPS控制网点的工程应用平面坐标，进行工程控制网的布设处理。

第一获取单元32包括：

第一获取子单元321，获取所述GPS控制网点的相对参考椭球面的大地高H′；

第二获取子单元322，获取所述GPS控制网点的高程异常ζ₂₀₀₈；

计算子单元，根据所述GPS控制网点的相对参考椭球面的大地高H′和所述GPS控制网点的高程异常ζ₂₀₀₈。

所述第二获取子单元322包括：

获取子模块3221，在WGS-84坐标系中进行无约束平差，获得所述GPS控制网点在WGS-84地心三维坐标系中的坐标(X,Y,Z)；

转换子模块3222，将所述GPS控制网点在WGS-84地心三维坐标系中的坐标(X,Y,Z)转换为第一大地坐标(B,L,H)；

计算子模块3223，利用EGM2008超高阶重力场模型，根据所述GPS控制网点的所述第一大地坐标，计算所述GPS控制网点的高程异常ζ₂₀₀₈。

所述第一获取子单元321包括：

选择子模块3211，在测区控制区域内，选取高程控制点；

第一计算子模块3212，计算所述高程控制点相对所述参考椭球面的大地高；

第二计算子模块3213，根据所述高程控制点相对所述参考椭球面的大地高，对GPS控制网进行高程约束和三维约束平差，得到GPS控制网点的第二大地坐标(B′,L′,H′)；

提取子模块3214，提取所述第二大地坐标中的H′，作为所述GPS控制网点相对参考椭球面的大地高H′。

所述第一计算子模块3212包括：

获取子模块32121，获取所述高程控制点的正常高；

第一计算子模块32122，根据EGM2008超高阶重力场模型，计算所述高程控制点的高程异常；

第二计算子模块32123，根据所述高程控制点的正常高和所述高程控制点的高程异常，计算所述高程控制点相对所述参考椭球面的大地高。

以下描述本发明的另一实施例。

本发明为一种GPS高程和平面一体工程控制网的布设与计算方法，该方法在GPS工程控制网布设的过程中，同时联测高等级平面控制点和高程控制点。利用EGM2008重力场模型计算的高程异常，将我国高程基准面与一假定椭球面建立统一关系，GPS控制网点的正常高可由假定椭球面的大地高和EGM2008高程异常计算，获得工程实际应用的1985国家高程基准的高程。对GPS工程控制网再进行平面约束平差，计算工程实际应用的平面坐标。本发明利用GPS控制网的观测信息，确定高精度海拔高程和平面坐标，实现GPS技术在几何和物理意义上的三维定位功能。

本发明中的EGM2008重力场模型为由美国国家地理空间情报局研制的全球超高阶地球重力场模型，该模型的阶次达到2159，球谐系数的阶扩展至2190,模型的空间分辨率约为5′(约9km)，模型构建数据来源主要为卫星测高、GRACE卫星跟踪数据、地面重力数据等。EGM2008重力场模型的球球谐系数和计算程序均已释放，供工程技术和科研人员使用。图5为EGM2008模型全球高程异常等值线。

具体来讲，所述方法包括以下步骤：

步骤1、GPS高程和平面一体工程控制网布设的过程中，同时联测一定数量的高等级平面控制点和高程控制点。

步骤2、在GPS基线解全部合格的情况下，在WGS-84坐标系中对GPS控制网进行无约束平差，获得所有GPS控制网点在WGS-84椭球的大地坐标(B,L,H)。利用EGM2008超高阶重力场模型，根据GPS控制网点的大地坐标(B,L)，计算GPS控制网点的高程异常ζ₂₀₀₈。并进一步由已知正常高和EGM2008高程异常，计算各高程控制点相对一假定椭球面的大地高。

步骤3、对GPS工程控制网的高程控制点相对假定椭球面(也称为参考椭球面)的大地高约束，进行三维约束平差，得到所有GPS控制网点相对假定椭球面的大地高H′。GPS控制网点正常高h可由大地高H′和EGM2008重力场模型计算的高程异常计算。

步骤4、利用平面控制点的高斯投影坐标，对GPS控制网进行平面约束，得到所有GPS控制网点的平面坐标。这样，在同一个GPS控制网中，既可以得到工程应用平面坐标，也可以得到海拔高程。

以下描述本发明的另一实施例。

本发明所述的GPS高程和平面一体工程控制网的布设与计算方法，涉及物理大地测量学、卫星大地测量学、测量工程技术等学科领域，该方法充分利用EGM2008超高阶重力场模型计算GPS控制网点的高程异常信息，将GPS控制网网点的平面坐标和海拔高程通过两次平差在GPS工程控制网同网解算，利用GPS观测信息获得的高程，在工程测量中可代替传统的四等水准测量，来进行高程控制测量。

因此，本发明通过GPS高程和平面一体工程控制网，将点位的平面坐标和海拔高程在同一GPS工程控制网中进行解算。所述方法包括：

步骤一：GPS高程和平面一体工程控制网布设的过程中，即要联测一定数量的高等级平面控制点，也要在测区控制区域内选择一定数量的高等级高程控制点进行联测。联测控制点的数量与等级按测区大小和工程对高程的精度要求确定。

步骤二：在GPS计算软件中新建项目，将GPS原始观测数据通过随机软件传输入计算机，编辑测站名、天线高、天线类型、天线量高方式等信息。

步骤三：基线解算，GPS高程和平面一体工程控制网，通过同步观测环、异步观测环及重复观测基线对基线处理成果进行检查，对不合格基线进行重测或剔除，直至基线解算全部合格。获得观测基线向量，用以GPS网平差。

步骤四：在WGS-84坐标系中进行无约束平差，获得所有GPS控制网点在WGS-84地心三维坐标系中的坐标(X,Y,Z)。在首次平差过程中，由于没有固定点的约束，GPS控制网点的坐标(X,Y,Z)与该点WGS-84地心三维坐标的真值有米级的坐标差，这个差值并不影响进一步的结算。

步骤五：将GPS控制网点在WGS-84地心三维坐标系中的坐标(X,Y,Z)转换为大地坐标(B,L,H)。转换公式为：

$>L=\arctan \frac{Y}{X}$>

$>B=\arctan \left[\frac{Z+e^{2}N\sin B}{\sqrt{X^2+Y^2}}\right]---\left(1\right)$>

$>H=\frac{\sqrt{X^2+Y^2}}{\cos B}-N$>

其中，e为地球椭球的第一偏心率；N为GPS控制网点的卯酉圈曲率半径。

大地经度L可直接计算求出,大地纬度B的算式右边仍然是B的函数,可以采用迭代的方法逐步趋近解算B,再来求大地高H。

步骤六：利用EGM2008超高阶重力场模型，根据GPS控制网点的大地坐标，计算GPS控制网点的高程异常，计算公式为:

$>{\zeta }_{2008}=\frac{\mathrm{fM}}{\rho ·\bar{\gamma }}\underset{n=2}{\overset{\infty }{\Sigma }}\underset{k=0}{\overset{n}{\Sigma }}{\left(\frac{a}{\rho }\right)}^n({\bar{C}}_{\mathrm{nk}}\cos \mathrm{k\lambda }+{\bar{S}}_{\mathrm{nk}}\sin \mathrm{k\lambda }){\bar{P}}_{\mathrm{nk}}\left(\cos \theta \right)---\left(2\right)$>

式中：ζ₂₀₀₈为GPS控制网点的高程异常，即，ζ₂₀₀₈为GPS控制网点在EGM2008模型中的高程异常，fM为地球引力常数，

K,n分别是重力场模型的阶和次，a为地球椭球长半径；

ρ为地面点矢径；为正常重力均值，θ为极距，根据上述的大地纬度B计算而得；λ为地心经度，根据上述的大地经度L计算而得；

为完全规格化的伴随勒让德多项式，

和为完全规格化的球谐系数。

GPS控制网点的米级大地坐标差对高程异常的计算影响小于1毫米，可以忽略其影响。

步骤七：高程控制点相对一假定椭球面的大地高可由EGM2008超高阶重力场模型计算的高程异常和各高程控制点的正常高h_i计算，计算公式为：

H_i＝h_i+ζ_i  (i＝1,2,…,n)  (3)

其中，H_i为各高程控制点的相对一假定椭球面的大地高；

h_i为各高程控制点的正常高；

ζ_i为各高程控制点的高程异常；

i为高程控制点的序号；

n为高程控制点的总数量。

步骤八：利用高程控制点相对该假定椭球面的大地高，对GPS控制网进行高程约束，三维约束平差得到GPS控制网点的大地坐标(B′,L′,H′)。H′为GPS控制网点相对假定椭球面的大地高，这样就利用EGM2008高程异常将我国高程基准面与假定椭球面建立统一关系，

步骤九：GPS控制网点正常高h由相对假定椭球面的大地高H′和EGM2008重力场模型计算的高程异常计算。

步骤十：利用平面控制点的工程应用坐标，对GPS控制网进行平面约束平差，得到所有GPS控制网点的工程应用平面坐标。

GPS高程和平面一体工程控制网通过不同的平差模式，同时获得控制网点的平面坐标和海拔高程，顾及了GPS测量的几何特性和我国高程系统的物理意义。这样，在同一个GPS控制网中，既可以得到平面坐标，也可以得到海拔高程。利用GPS观测信息获得的高程在工程测量中可代替传统的四等水准测量进行高程控制测量。

以下描述本发明的应用场景。所述方法包括：

步骤1)收集测区资料

根据项目需要，收集测区内及测区周边的国家平面控制点和国家水准点的成果和点之记等资料，近期建设的控制点一般为GPS/水准点，这些点即具有平面坐标，也具有高程，是GPS高程和平面一体工程控制网布设最理想的联测点。

步骤2)GPS控制网选点、埋石。

GPS点位四周视野开阔，远离无线电信号源，与高压线和变压器等保持一定距离，点位稳定且地质条件良好，易于保存。

步骤3)外业观测

根据规范和技术设计编制外业观测计划，将平面控制点和国家水准点与GPS控制网点以同步图形推进的方式进行联测。进行外业观测，填写GPS观测手簿，GPS卫星导航电文、测码伪距和载波相位观测值由GPS接收机自动记录。

步骤4)数据通信

在GPS计算软件中新建项目，将GPS原始观测数据通过随机软件传输入计算机，编辑测站名、天线高、天线类型、天线量高方式等信息。

步骤5)基线解算

GPS高程和平面一体工程控制网，通过同步观测环、异步观测环及重复观测基线，对基线处理成果进行检查，对不合格基线进行重测或剔除，直至所有的基线解算合格。获得观测基线向量的三维坐标差。

步骤6)无约束平差

在WGS-84坐标系中进行无约束平差，获得所有GPS控制网点在WGS-84地心三维坐标系中的坐标(X,Y,Z)。在首次平差过程中，由于没有固定点的约束，GPS控制网点的坐标(X,Y,Z)与该点WGS-84地心三维坐标的真值有米级的坐标差，这个差值并不影响进一步的结算。

步骤7)空间直角坐标转换为大地坐标

将GPS控制网点在WGS-84地心三维坐标系中的坐标(X,Y,Z)转换为大地坐标(B,L,H)。转换公式为：

$>L=\arctan \frac{Y}{X}$>

$>B=\arctan \left[\frac{Z+e^{2}N\sin B}{\sqrt{X^2+Y^2}}\right]$>

$>H=\frac{\sqrt{X^2+Y^2}}{\cos B}-N---\left(4\right)$>

大地经度L可直接计算求出,大地纬度B的算式右边仍然是B的函数,必须采用迭代的方法逐步趋近解算B,再求大地高H。

步骤8)计算高程异常

利用EGM2008超高阶重力场模型，根据GPS控制网点的大地坐标，计算GPS控制网点的高程异常，计算公式为:

$>{\zeta }_{2008}=\frac{\mathrm{fM}}{\rho ·\bar{\gamma }}\underset{n=2}{\overset{\infty }{\Sigma }}\underset{k=0}{\overset{n}{\Sigma }}{\left(\frac{a}{\rho }\right)}^n({\bar{C}}_{\mathrm{nk}}\cos \mathrm{k\lambda }+{\bar{S}}_{\mathrm{nk}}\sin \mathrm{k\lambda }){\bar{P}}_{\mathrm{nk}}\left(\cos \theta \right)---\left(5\right)$>

式中：ρ为地面点矢径；θ为极距；λ为地心经度；fM为地球引力常数，为正常重力均值，为完全规格化的伴随勒让德多项式，和为完全规格化的球谐系数。GPS控制网点米级大地坐标差对高程异常的计算影响小于1毫米，可以忽略其影响。

步骤9)计算GPS控制网点相对大地高

高程控制点相对一假定椭球面的大地高可由EGM2008超高阶重力场模型计算的高程异常和各高程控制点的正常高h计算，计算公式为：

H_i＝h_i+ζ_i  (i＝1,2,…,n)  (6)

步骤10)利用高程控制点相对假定椭球面的大地高，对GPS控制网进行高程约束，三维约束平差得到GPS控制网点的大地坐标(B′,L′,H′)。H′为GPS控制网点相对假定椭球面的大地高，这样，就利用EGM2008高程异常将我国高程基准面与假定椭球面建立统一关系，

步骤11)GPS控制网点正常高h由相对假定椭球面的大地高H′和EGM2008重力场模型计算的高程异常计算。

步骤12)平面约束平差

利用平面控制点的工程应用坐标，对GPS控制网进行平面约束平差，得到所有GPS控制网点的工程应用平面坐标。

本发明具有以下有益效果：

本发明中，GPS高程和平面一体工程控制网通过不同的平差模式同时获得控制网点的平面坐标和海拔高程，顾及了GPS测量的几何特性和我国高程系统的物理意义，可通过合理选择点位、选择最佳卫星分布和延长观测时间等措施，提高平面坐标和海拔高程的计算精度，在同一个GPS控制网中，既可以得到平面坐标，也可以得到海拔高程。

将GPS观测大地高转换为正常高的关键在于精确的确定GPS控制网点的高程异常。本发明中，GPS高程和平面一体工程控制网利用EGM2008重力场模型计算的高程异常，充分利用GPS观测值中的三维信息，将点位的平面坐标和海拔高程同网计算，实现GPS技术在几何和物理意义上的三维定位功能，改变了平面控制网和高程控制网分离的传统模式，为水准实施困难区域的高程控制测量提供了新的思路。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。