远距离、高精度的跨障碍高程传递一直是工程测量中的一个难点,传统方法的困难来自于远距离观测的分辨率过低.随着跨越距离的增大,其精度迅速降低甚至无法观测(如跨越距离超过10km).GPS技术的优势之一是测量范围大、测站间无需通视,这样,GPS具备解决上述问题的潜力.但一个关键问题是:障碍物两侧的高程系统并不一致(即使是同一高程系统,在观测前仍需视为不同的高程系统).因此无法直接采用常规的数值拟合方法.为解决这一问题,本文提出了一种基于天文水准原理的GPS方法,通过测定障碍物两侧的高程异常差来实现高程传递.众所周知,GPS水准的实质是拟合测区的似大地水准面形状,而反映似大地水准面形状的一个关键量就是地面垂线偏差.地面垂线偏差的几何意义可看作是似大地水准面的法线方向与参考椭球面(或平均椭球面)的法线方向之间的空间夹角,在椭球面一定的情况下,它只与似大地水准面的形状有关,而与其绝对位置无关.也就是说,垂线偏差不会受到高程系统不同基准的影响.这样,尽管障碍物两侧的高程基准不一致,但垂线偏差是属于同一系统的.我们可以设想:如果采用GPS水准来分别拟合障碍物两侧的似大地水准面形状,再进而求得垂线偏差,则两侧的垂线偏差都是属于WGS-84系统的;由两侧所求的垂线偏差进行拟合,再根据天文水准原理,便可求出障碍物两侧的高程异常差.这便是新方法的基本思路.根据以上设想,本文的研究分为五个部分:首先根据斯托克司理论和莫洛金斯基理论推导出高程异常与地面垂线偏差的严密关系式;在此基础上研究由GPS水准测定地面垂线偏差的具体实施方法并分析精度;然后根据天文水准原理研究实施"天文GPS水准"的可行性、具体实施方法并分析精度;为进一步增大跨障碍测程和提高精度,根据天文重力水准原理和地壳均衡理论,研究实施"天文GPS均衡水准"的可行性、具体实施方法并分析精度;最后结合实例进行试验,初步检验了新方法所能到达的实际精度.