李宜冰

中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第三工程有限公司

論述GPS高程測(cè)量技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用

李宜冰

中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第三工程有限公司

近年來，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)進(jìn)步速度加快，國(guó)內(nèi)的科學(xué)技術(shù)水平也隨之提高，GPS定位技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域受到了廣泛歡迎。在水利工程領(lǐng)域中，GPS高程測(cè)量技術(shù)對(duì)平面控制的有效進(jìn)行具有重要作用。采用GPS定位技術(shù)測(cè)得的數(shù)據(jù)精度較高，數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，但前提是測(cè)量工作要嚴(yán)格按照規(guī)定的程序進(jìn)行。因此，對(duì)GPS高程測(cè)量技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀與方法進(jìn)行研究具有重要意義。

水利工程；GPS高程測(cè)量；應(yīng)用現(xiàn)狀；應(yīng)用效率

一、GPS高程測(cè)量概述

(一)大地高的測(cè)量

大地高的測(cè)量是以橢球面為參考的，具體的測(cè)量方法為找出固定的GPS點(diǎn)和經(jīng)過這一點(diǎn)的橢球法線，沿著這條法線來得出點(diǎn)到橢球面的距離，這個(gè)距離就叫做大地高。測(cè)量過程中得到的數(shù)據(jù)坐標(biāo)是以某個(gè)大地參考系為標(biāo)準(zhǔn)的，數(shù)據(jù)坐標(biāo)隨著參考系的改變而改變。我國(guó)目前所用到的大地坐標(biāo)系為WGS-84坐標(biāo)系，用大寫字母H來表示大地高，得出的大地高數(shù)據(jù)為以該坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的大地高程。

(二)正高的概念

正高是指從固定點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的垂線距離，用字母表示為Hg，此概念包含在大地高之中，由大地高分解而來。

(三)正常高的測(cè)量

正常高的物理意義比較明確，且正常高的確定需要兩個(gè)基本點(diǎn)，為固定的地面點(diǎn)和經(jīng)過固定點(diǎn)的鉛垂線與水準(zhǔn)面的交點(diǎn)，點(diǎn)的正常高即為這兩點(diǎn)之間的直線距離。我國(guó)目前的水準(zhǔn)面是以大地為基礎(chǔ)的，正常高Hr為固定點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的垂線距離。正常高與正高的區(qū)別在于，正高的范圍更廣，正常高是相對(duì)于某個(gè)點(diǎn)來說的。

(四)高程異差的測(cè)量

高程異差是指橢球面與水準(zhǔn)面之間的距離。以不同的橢球面為參考，得到的高程異差也不盡相同。這里的水準(zhǔn)面通常為大地水準(zhǔn)面，橢球參考系通常為WGS-84參考系。高程異差和正常高組成了大地水準(zhǔn)面差距，用字母表示為N。大地水準(zhǔn)面差距N又與正高Hg組成大地高H。

二、GPS高程測(cè)量在水利工程中的應(yīng)用

(一)GPS高程測(cè)量在水利工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

GPS高程測(cè)量技術(shù)在我國(guó)目前的水利工程測(cè)量過程中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。GPS定位技術(shù)在相對(duì)測(cè)量與定位中起到了重要作用。為了提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，L1、L2載波被用來對(duì)局域差分進(jìn)行測(cè)量，不同的接收機(jī)之間的接收數(shù)據(jù)不同，差分法被用來計(jì)算各數(shù)據(jù)之間的差異，之后，一次差異被經(jīng)過處理，得出二次差異值。待定基線的長(zhǎng)度為一次差和二次差相減得到的數(shù)值。

目前，靜態(tài)作業(yè)、RTK等作業(yè)模式是應(yīng)用率最高的兩個(gè)計(jì)算模型，具有測(cè)量數(shù)據(jù)精度高，測(cè)量用時(shí)較短、應(yīng)用范圍廣等多個(gè)特點(diǎn)，受到水利人員的青睞。

我國(guó)的GPS高程測(cè)量技術(shù)應(yīng)用范圍較廣，技術(shù)水平較高，特別在最近幾年取得了巨大的進(jìn)步，在三峽大壩的建設(shè)等重要的水利工程中都起到重要的作用。經(jīng)過長(zhǎng)期的時(shí)間與完善，國(guó)內(nèi)的GPS高程測(cè)量技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到四星級(jí)。在之后的水利工程中，GPS高程測(cè)量將成為必不可少的一項(xiàng)技術(shù)。數(shù)學(xué)曲面的連續(xù)性，在大地水準(zhǔn)高程系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擬合，這種方法因涉及到眾多數(shù)學(xué)曲面，被稱為曲面擬合法。此方法在GPS高程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展前期被廣泛應(yīng)用，但是經(jīng)過發(fā)展，難度的加大，級(jí)別升高，此方法不再適用于高級(jí)水利工程過程。

2、重力場(chǎng)的模型內(nèi)插。首先根據(jù)局部或是整體的重力特點(diǎn)構(gòu)建物理模型。利用重力場(chǎng)模型對(duì)高程系統(tǒng)的異常值進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)用模型內(nèi)插來實(shí)現(xiàn)正常高和大地高的轉(zhuǎn)換過程。此過程的測(cè)量精度要達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)，例如，GPS高程測(cè)量的控制網(wǎng)要選用高規(guī)格的RTK接收機(jī)和高規(guī)格的單頻接收機(jī)來進(jìn)行綜合測(cè)量；從網(wǎng)內(nèi)選取多個(gè)點(diǎn)，以此為水準(zhǔn)進(jìn)行控制，將重力似水準(zhǔn)與水準(zhǔn)似大地水準(zhǔn)進(jìn)行擬合，來獲得高精度的水準(zhǔn)結(jié)果；要求數(shù)據(jù)的極差控制在0.1mm以內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)差要盡可能的小，避免數(shù)據(jù)離散程度較高。

3、顧及地形改正擬合法。利用DEM來對(duì)高程異差進(jìn)行計(jì)算分析，確定其短波分量的大小，對(duì)該分量進(jìn)行處理，減緩高程數(shù)據(jù)的上下波動(dòng)，使其達(dá)到平緩狀態(tài)，再將短波分量進(jìn)行還原處理。水利工程的修建地點(diǎn)多為地形復(fù)雜的山區(qū)，當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件與經(jīng)濟(jì)條件較差，硬件設(shè)施比較落后，給水利工程的過程帶來巨大的不便，此種方法對(duì)于地勢(shì)起伏較大的山區(qū)測(cè)量有重要作用，能夠降低由于海拔相差較大帶來的工作困難，目前已經(jīng)達(dá)到廣泛應(yīng)用。

三、提高GPS高程測(cè)量在水利工程中應(yīng)用效率的相關(guān)建議

(一)繼續(xù)加強(qiáng)GPS技術(shù)的建設(shè)

對(duì)GPS高程測(cè)量技術(shù)進(jìn)行完善，加強(qiáng)其硬件設(shè)施的質(zhì)量，對(duì)于測(cè)量工作較多的水利工程，爭(zhēng)取同時(shí)利用GPS高程測(cè)量技術(shù)進(jìn)行多項(xiàng)測(cè)量工作，加快工程建設(shè)進(jìn)度，提高工作的效率。

(二)選取更高質(zhì)量的GPS設(shè)備

為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，保證工作的質(zhì)量，要提高對(duì)于GPS設(shè)備的要求。例如，基線精度要高于5mm+1ppm，高程精度要高于10mm+2ppm，以此來保證工作時(shí)設(shè)備的穩(wěn)定性不受環(huán)境影響。

(三)控制誤差

在測(cè)量過程中，除了儀器設(shè)備自身具有的固定誤差以外，工作人員操作不規(guī)范，天氣惡劣，電離層的干擾等因素都會(huì)造成測(cè)量精度降低，誤差增大，為此，工作人員要嚴(yán)格按照規(guī)定程序來操作儀器，盡量避免惡劣的天氣下進(jìn)行作業(yè)，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差估計(jì)，將誤差計(jì)算在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)之內(nèi)。

(四)根據(jù)具體情況選擇GPS技術(shù)

部分小型水利工程不適合采用GPS高程測(cè)量，由于GPS測(cè)量的作業(yè)條件較高，在測(cè)量之前要進(jìn)行大量的準(zhǔn)備工作，小型水利工程利用傳統(tǒng)技術(shù)即可滿足測(cè)量需要，利用GPS高程測(cè)量技術(shù)反而會(huì)取得事倍功半的效果，降低工作效率。因此，要根據(jù)工程的實(shí)際情況來選擇使用GPS高程測(cè)量技術(shù)。

結(jié)束語：

總而言之，GPS高程測(cè)量技術(shù)在水利工程領(lǐng)域中起著至關(guān)重要的作用，在我國(guó)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。要想保證其應(yīng)用效率，必須對(duì)嚴(yán)格規(guī)范操作步驟，加強(qiáng)設(shè)備建設(shè)，有選擇的采用GPS高程測(cè)量技術(shù)。

[1]孔繁昌，袁麗娟.GPS高程測(cè)量及在水利工程中的應(yīng)用[J].消費(fèi)電子，2014，(10)：71-72.

[2]馬金麗.GPS高程測(cè)量及在水利工程中的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?015，(4)：307-308.