王 然

（菏澤市水利建設(shè)工程有限公司，山東 菏澤 274000）

水利測(cè)繪在現(xiàn)代生活以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著至關(guān)重要的角色，可以說(shuō)水利測(cè)繪工作關(guān)系到了區(qū)域水體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的穩(wěn)定性，長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)對(duì)水利測(cè)繪工作的開(kāi)展十分重視。目前，水利測(cè)繪工作經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，已經(jīng)積累了相當(dāng)豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，并且建立了較為健全的水利測(cè)繪工作體系。但是隨著工業(yè)時(shí)代的發(fā)展以及水體污染問(wèn)題的逐步嚴(yán)峻，我國(guó)現(xiàn)有的水利測(cè)繪工作方案中的弊端以及不足之處逐漸暴露出來(lái)，不斷推動(dòng)水利測(cè)繪工作在與高新技術(shù)之間的應(yīng)用和融合成為了相關(guān)部門(mén)研究的熱點(diǎn)話(huà)題。

GPS高程測(cè)量技術(shù)在水利工程測(cè)繪中顯示出獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)在水利測(cè)繪中的應(yīng)用，對(duì)于現(xiàn)在我國(guó)水利測(cè)繪的工作體系的進(jìn)一步完善以及測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性具有至關(guān)重要的意義。但是GPS高程擬合技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中對(duì)于技術(shù)性的要求較為嚴(yán)格，同時(shí)也需要注重結(jié)合區(qū)域水利實(shí)際狀況選擇合適的應(yīng)用方法，才能夠獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。傳統(tǒng)的水利測(cè)繪工作中，依然采用水準(zhǔn)測(cè)量的方式進(jìn)行高程控制測(cè)量，這種測(cè)量方式需要投入大量的人力和物力，同時(shí)，在其測(cè)量結(jié)果還會(huì)受到多種外界因素的影響。而GPS高程擬合技術(shù)的出現(xiàn)，使水利工程的高程控制測(cè)量工作效率得到了進(jìn)一步的提升，同時(shí)其測(cè)量的精準(zhǔn)度也相當(dāng)可觀，因此，不斷研究GPS擬合高程測(cè)量技術(shù)成為了目前我國(guó)水利測(cè)繪工作新的發(fā)展方向。

1 GPS高程擬合技術(shù)的應(yīng)用原理

GPS高程擬合技術(shù)又被稱(chēng)作GPS擬合高程測(cè)量方法，本質(zhì)它是利用衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)，直接與地面測(cè)量點(diǎn)連接或間接確定地面測(cè)量點(diǎn)的正常高度的一種方法。（如圖1）。GPS高程擬合技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中不會(huì)受到水體周邊自然環(huán)境的影響，因此具有良好的應(yīng)用效果。這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展后，已經(jīng)取得了較為豐厚的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在應(yīng)用GPS高程擬合技術(shù)時(shí)，可以通過(guò)間接確認(rèn)的方式了解到地面點(diǎn)的正常高程。通過(guò)衛(wèi)星定位系統(tǒng)直接測(cè)得測(cè)量區(qū)域內(nèi)部所有GPS的大地高之后，在測(cè)量區(qū)域范圍內(nèi)，選擇若干個(gè)能夠滿(mǎn)足高程擬合計(jì)算需求的定位點(diǎn)，也被稱(chēng)為GPS點(diǎn)，再用水準(zhǔn)測(cè)量的方式取得這些GPS點(diǎn)的正常高值，之后在計(jì)算GPS點(diǎn)的大地高與正常高值之間的差異性，并且以這一計(jì)算結(jié)果為前提條件，通過(guò)平面或曲面擬合進(jìn)行高程擬合的數(shù)學(xué)模型方法，可以得到測(cè)量區(qū)域其他GPS點(diǎn)的正常高度，由此可見(jiàn)，在采用GPS高程擬合技術(shù)時(shí)高程異常差值的計(jì)算精確性是實(shí)現(xiàn)GPS高程擬合度準(zhǔn)確性的前提條件。除此之外，GPS高程擬合技術(shù)測(cè)量精確程度也較高，目前，通過(guò)這種測(cè)量方法，已經(jīng)能夠?qū)⑺麥y(cè)繪工作中的高程測(cè)量數(shù)值縮小到厘米級(jí)，正是因?yàn)镚PS高程擬合技術(shù)不受外界干擾、測(cè)量精確程度較高的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，目前，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在水利測(cè)繪工作中得到了廣泛應(yīng)用。

圖1 地面點(diǎn)的高值圖

通過(guò)GPS高程擬合技術(shù)的應(yīng)用原理不難看出，其中，計(jì)算高程異常差值是確保GPS高程擬合最終結(jié)果精確性的前提條件。目前，GPS高程擬合技術(shù)中常用的高程異常差值計(jì)算方法有以下兩種類(lèi)型。第一，等值線圖法。采用等值線圖法計(jì)算高程的差值具有較高的精確程度，特別是在測(cè)量區(qū)域范圍內(nèi)地質(zhì)條件較為復(fù)雜的環(huán)境下能夠起到更好的應(yīng)用效果。但是采用等值線圖法在測(cè)量過(guò)程中需要依賴(lài)先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)以及測(cè)量設(shè)備，同時(shí)與工作人員的測(cè)繪水平之間也具有密不可分的關(guān)系，因此，等值線圖法計(jì)算高程差值的可行性限制較大。第二，解析法。采用解析法計(jì)算測(cè)繪區(qū)域內(nèi)的高程差值，事實(shí)上，它是從數(shù)學(xué)原理發(fā)展而來(lái)的。工作人員需要根據(jù)測(cè)繪區(qū)域的實(shí)際高程建立擬合的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型建立后，工作人員可將GPS點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)等參數(shù)輸入到數(shù)學(xué)模型中，計(jì)算機(jī)模型可直接計(jì)算高程異常。該方法的應(yīng)用和計(jì)算依賴(lài)于數(shù)學(xué)算法的研究。目前常用的高差擬合方法有加權(quán)平均法、平面擬合法等。

以上所說(shuō)的兩種高程差值計(jì)算方法，在我國(guó)已經(jīng)具備了豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)在GPS高程擬合技術(shù)中的應(yīng)用也較為成熟。

2 水利測(cè)繪工作的技術(shù)要求

水利測(cè)繪工作其實(shí)就是水利測(cè)量以及水利繪圖工作的結(jié)合?，F(xiàn)代社會(huì)生活中，人們可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、空間科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)，結(jié)合全球定位系統(tǒng)，遙感定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)基于土地規(guī)劃的范圍內(nèi)已有的特征點(diǎn)和邊界，反映水土狀況的位置信息，然后根據(jù)不同項(xiàng)目的實(shí)際需要，對(duì)信息進(jìn)行整合分類(lèi)，為工程建設(shè)的規(guī)劃和管理提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。水利源測(cè)繪屬于測(cè)繪工程的一大類(lèi)，需要進(jìn)行測(cè)繪工作，特別是對(duì)測(cè)繪區(qū)域的地表水和水質(zhì)分布進(jìn)行測(cè)繪。我國(guó)地域遼闊，有豐富的水資源，但由于地形條件的差異水資源的分布在我國(guó)的北部和南部顯然是不同的。因此，如何實(shí)現(xiàn)水資源結(jié)構(gòu)的均衡配置和水資源的高效利用一直是我國(guó)發(fā)展中的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。為了實(shí)現(xiàn)水資源的合理配置和高效利用，有必要充分了解我國(guó)水資源的現(xiàn)狀和其他水資源信息，為水利工程的建設(shè)和規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持。

2.1 水利測(cè)繪工作中要求測(cè)繪內(nèi)容的全面性

水利測(cè)繪對(duì)水體分布信息的綜合性提出了更嚴(yán)格的要求，水利工程本身是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合性工程。一般來(lái)說(shuō)，大型水利工程的設(shè)計(jì)范圍很廣，因此，在規(guī)劃建造工程時(shí)，需要考慮不同的因素。為了規(guī)避水利工程后續(xù)施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)和作業(yè)問(wèn)題，水利測(cè)繪工作需要為水利工程的發(fā)展提供更全面的信息，為水利工程設(shè)計(jì)人員合理、準(zhǔn)確地規(guī)劃水利工程提供數(shù)據(jù)信息。

2.2 水利測(cè)繪工作對(duì)于內(nèi)容精確度要求較為嚴(yán)格

水利工程施工設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)會(huì)直接對(duì)后期的施工產(chǎn)生較大的影響，而水利工程建設(shè)施工數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也與周邊地區(qū)的水利狀況之間具有密不可分的關(guān)系。如果在水利工程施工規(guī)劃之前沒(méi)有得到準(zhǔn)確的測(cè)繪數(shù)據(jù)支持，就可能會(huì)導(dǎo)致施工過(guò)程中發(fā)生工程偏差問(wèn)題，為周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)不利影響。因此，水利工程的開(kāi)展對(duì)于此水利測(cè)繪數(shù)據(jù)的精確性要求較為嚴(yán)格。

2.3 在復(fù)雜地質(zhì)條件下也能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的測(cè)繪工作

我國(guó)南北方地區(qū)地形差異性較大，許多大河流經(jīng)地質(zhì)復(fù)雜的地區(qū)，尤其是中國(guó)西南邊境地區(qū)，由于地貌地形的奇特性，就會(huì)導(dǎo)致地下河道以及地上水流流經(jīng)的地形環(huán)境十分復(fù)雜，這就需要水利測(cè)繪工作能夠適應(yīng)復(fù)雜地形條件下的應(yīng)用，即使在重巒疊嶂的復(fù)雜地形條件下也能夠得到精確的測(cè)繪結(jié)果。

3 GPS高程擬合技術(shù)在水利測(cè)繪工作中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 合理地控制GPS高程擬合技術(shù)的測(cè)繪網(wǎng)點(diǎn)

GPS測(cè)繪網(wǎng)點(diǎn)的控制是確保高程擬合技術(shù)測(cè)繪結(jié)果精確性的前提條件，GPS控制網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要根據(jù)不同地區(qū)的地質(zhì)條件和水流情況進(jìn)一步確定。以南方水利測(cè)繪工作為例，在蚌埠地區(qū)需要測(cè)繪區(qū)域附近的河道建立了GPS控制網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)工作人員進(jìn)一步確認(rèn)當(dāng)?shù)氐匦魏退那闆r后，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)為平原地區(qū)，水流流經(jīng)的地區(qū)地形變化較為平緩并不存在重巒疊嶂的山地。因此，針對(duì)這種平緩區(qū)域的GPS高程擬合技術(shù)應(yīng)用，需要將GPS的控制網(wǎng)點(diǎn)選擇在河道附近。并且根據(jù)測(cè)繪工作中需要觀察的內(nèi)容信息，本項(xiàng)目選擇南方S86t動(dòng)態(tài)GPS作為GPS控制節(jié)點(diǎn)，根據(jù)該次測(cè)量中地形條件的復(fù)雜狀況選擇GPS D級(jí)高程擬合精度測(cè)繪，工作過(guò)程中需要運(yùn)用Gnssadj軟件進(jìn)行高程差異值的計(jì)算。本次工作范圍長(zhǎng)度設(shè)計(jì)到了30 km，為了確保高程擬合結(jié)果的準(zhǔn)確性，在控制區(qū)域內(nèi)部找到了25個(gè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)之間的距離需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦蔚淖兓M(jìn)行微調(diào)。在地形較為平緩的區(qū)域控制點(diǎn)之間的距離，基本控制在3000 m~8000 m之內(nèi)，不同控制點(diǎn)能夠觀測(cè)到的高層精確度也有一定的差異性。

3.2 GPS高度擬合技術(shù)中平面擬合和曲面擬合的應(yīng)用要點(diǎn)

平面擬合和曲面擬合的精度是GPS高度擬合技術(shù)的關(guān)鍵，對(duì)于水利測(cè)繪工作的結(jié)果精確性具有至關(guān)重要的影響。因此，GPS高度擬合技術(shù)中的平面擬合技術(shù)和曲面擬合技術(shù)的應(yīng)用需要深入研究?；蛘咭灾袊?guó)南方和蚌埠地區(qū)的GPS高度擬合測(cè)繪工作為例，在該次水利測(cè)繪工作中需要進(jìn)行平面點(diǎn)的擬合工作。在開(kāi)展高程擬合技術(shù)之前，需要根據(jù)測(cè)量區(qū)域的實(shí)際狀況，在測(cè)量區(qū)域范圍內(nèi)，選取6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)作為已知點(diǎn)，均勻分布在GPS測(cè)高網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)。而在該次GPS控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)共涉及到了25個(gè)監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)，從中選取6個(gè)測(cè)量已知點(diǎn)后，其余19個(gè)控制點(diǎn)就需要作為本次測(cè)繪工作的擬合點(diǎn)。在完成對(duì)已知點(diǎn)和擬合點(diǎn)的選擇之后，就應(yīng)該進(jìn)行曲面擬合工作。為了計(jì)算曲面擬合模型，測(cè)量的控制點(diǎn)必須大于平面，計(jì)算的控制點(diǎn)必須大于平面。因此，在蚌埠地區(qū)水利測(cè)繪工作中的25個(gè)GPS控制點(diǎn)中，需要選取10個(gè)控制點(diǎn)作為曲面擬合的已知點(diǎn)，其余15個(gè)控制點(diǎn)作為曲面擬合的擬合點(diǎn)。通過(guò)平面擬合與曲面擬合的結(jié)果來(lái)看，兩種方法計(jì)算的結(jié)果差異性不大。

3.3 對(duì)GPS高程擬合技術(shù)中精確度的測(cè)評(píng)工作

精確度的測(cè)評(píng)工作是GPS高程擬合技術(shù)工作應(yīng)用的要點(diǎn)，同時(shí)也是保障GPS高程擬合工作結(jié)果精確度最為關(guān)鍵的一步。目前，在水利測(cè)繪工作中，采用GPS高程擬合技術(shù)，常見(jiàn)的精確度測(cè)評(píng)方法為往返測(cè)評(píng)方法。這種測(cè)評(píng)方法就是需要在進(jìn)行測(cè)繪的過(guò)程中根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件以及水流狀況，制定合理的工作路線，在采用GPS高程擬合技術(shù)獲取到相關(guān)的水利觀測(cè)信息之后，對(duì)測(cè)繪信息進(jìn)行擬合整理工作。在完成上述操作之后，已經(jīng)得到了GPS高程擬合測(cè)繪的結(jié)果，然后再按照該路線進(jìn)行返回，在返回過(guò)程中進(jìn)行二次觀測(cè)工作。

通過(guò)比較兩次觀測(cè)中GPS高程擬合技術(shù)的測(cè)量結(jié)果，就可以對(duì)GPS高程擬合工作的完成度以及工作結(jié)果的精確性進(jìn)行評(píng)價(jià)，即使在評(píng)價(jià)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)GPS高程擬合技術(shù)結(jié)果出現(xiàn)精確度問(wèn)題，也可以進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從蚌埠地區(qū)的水利測(cè)繪工作實(shí)例不難看出，在長(zhǎng)度為幾十千米內(nèi)部的小范圍帶狀區(qū)域，采用GPS高程水利測(cè)繪測(cè)量方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)能夠達(dá)到四級(jí)水準(zhǔn)精度。而在測(cè)繪工作開(kāi)展過(guò)程中，需要注意控制GPS測(cè)繪技術(shù)區(qū)域內(nèi)部的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通常情況下，每一個(gè)控制點(diǎn)之間的距離不得超過(guò)10 km，而在測(cè)繪工作中選取的擬合點(diǎn)應(yīng)該均勻地覆蓋在整個(gè)測(cè)量區(qū)域內(nèi)。除此之外，還應(yīng)該根據(jù)測(cè)繪區(qū)域的地質(zhì)水文條件，選擇合適的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，對(duì)一些較為平坦的區(qū)域采用平面擬合模型，對(duì)一些山區(qū)起伏較大的區(qū)域使用曲面擬合模型。與此同時(shí)，還應(yīng)該采用精確度測(cè)評(píng)方式來(lái)對(duì)GPS高程擬合技術(shù)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，從而為區(qū)域水利工程的建設(shè)和運(yùn)行提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。