孫戰(zhàn)爭(zhēng)

【摘 要】近些年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)GPS 定位技術(shù)的要求也越來(lái)越高。GPS 定位精確度高，不受天氣，氣候，晝夜影響，使它在軍事，地學(xué)研究等許多領(lǐng)域等到了廣泛的應(yīng)用與認(rèn)可，更是在水利測(cè)繪方面使傳統(tǒng)耗時(shí)耗力的測(cè)繪方法受到了前所未有的壓力。但是由于一些因素影響，GPS 的精確度受到一些否認(rèn)，所以，有必要對(duì)GPS 進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行深刻研究，使其可以更好的服務(wù)于我國(guó)的建設(shè)行業(yè)。本文首先對(duì)GPS 高程測(cè)量進(jìn)行了研究，并論述了其基本原理；其次探討了GPS 高程測(cè)量在水利測(cè)繪工程中的應(yīng)用，并將傳統(tǒng)的幾何水準(zhǔn)測(cè)量，三角高程測(cè)量與其進(jìn)行了對(duì)比，以供同僚參考。

【關(guān)鍵詞】水利測(cè)繪；GPS高程測(cè)量；應(yīng)用分析

前言

利用GPS測(cè)量相對(duì)高差，其精度一般能達(dá)到幾厘米及十幾厘米，采用適當(dāng)?shù)姆椒▽PS高程轉(zhuǎn)化為水準(zhǔn)高程并達(dá)到一定精度是可行的?？紤]到地形地貌和工程需求，合理布設(shè)控制網(wǎng)，采用相應(yīng)的擬合方案和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，在平緩地區(qū)和測(cè)區(qū)范圍不大的區(qū)域，如果聯(lián)測(cè)的已知水準(zhǔn)點(diǎn)較多，解算的GPS水準(zhǔn)高程可以替代四等水準(zhǔn)；不加地形改正的情況下，在高原山區(qū)一般能達(dá)到五等水準(zhǔn)精度，完全能夠滿足工程線路選線、定線及測(cè)圖的精度要求。

1、高程系統(tǒng)分析

（1）正高系統(tǒng)是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。某點(diǎn)的正高是該點(diǎn)到通過該點(diǎn)的鉛垂線與大地水準(zhǔn)面的交點(diǎn)之間的距離，正高用符號(hào)Hg表示。（2）正常高系統(tǒng)是以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的高程系統(tǒng)。某點(diǎn)的正常高是該點(diǎn)到通過該點(diǎn)的鉛垂線與似大地水準(zhǔn)面的交點(diǎn)之間的距離，正常高用Hr表示。（3）大地高系統(tǒng)是以參考橢球面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。某點(diǎn)的大地高是該點(diǎn)到通過該點(diǎn)的參考橢球的法線與參考橢球面的交點(diǎn)間的距離。大地高也稱為橢球高，大地高一般用符號(hào)H表示。大地高是一個(gè)純幾何量，不具有物理意義，同一個(gè)點(diǎn)，在不同的基準(zhǔn)下，具有不同的大地高。

2、對(duì)GPS高程測(cè)量的原理及方法分析

（1）對(duì)GPS高程測(cè)量原理的分析。利用GPS進(jìn)行測(cè)量實(shí)質(zhì)上是一種測(cè)距后方交會(huì)的測(cè)量方法，利用衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)可以確足每一顆衛(wèi)星的具體位置，利用信號(hào)由衛(wèi)星傳到接收機(jī)的時(shí)間可以計(jì)算出衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，進(jìn)而可以確足接收機(jī)的位置。工作原理是：先直接測(cè)量所選測(cè)量區(qū)域內(nèi)的所有GPS點(diǎn)的大地高，并通過水準(zhǔn)測(cè)量方法對(duì)若干GPS點(diǎn)測(cè)出正常高，同時(shí)，采用平面擬合或者是曲面擬合進(jìn)行高程擬合，最終得到所有GPS高程異差，并通過計(jì)算算的測(cè)量區(qū)域的其他GPS點(diǎn)的正常高。

（2）針對(duì)GPS測(cè)高方法的探討。GPS高程測(cè)量有幾種方法，包括等值線圖法，地球模型法，擬合法等。其中針對(duì)等值線圖法，確定點(diǎn)的正常高和正高時(shí)必須注意所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)，要通過相應(yīng)坐標(biāo)系統(tǒng)的大地高數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)其正常高河正高進(jìn)行計(jì)算，該方法的結(jié)果與等值線圖的精確程度密不可分，所以，只有等值線圖十分精確，該方法測(cè)量結(jié)果也就精確了。地球模型法，由于我國(guó)的地理位置與環(huán)境的不同，適用于他國(guó)的地球模型法不太適合用于我國(guó)。擬合法，其根本就是因?yàn)樵诜秶〉膮^(qū)域中，高程異常具有一定的幾何相關(guān)性這一原理，采用數(shù)學(xué)方法，求解正高、正常高或高程異常。

（3）對(duì)GPS高程測(cè)量影響因素的分析。天高線對(duì)其影響比較大，因?yàn)樵谑褂萌_架的過程中，高度的經(jīng)常變化導(dǎo)致一定要對(duì)天高線進(jìn)行仔細(xì)測(cè)量及審核。由于衛(wèi)星分布的不均，也對(duì)GPS高程測(cè)量產(chǎn)生著誤差，由于衛(wèi)星的不可控制性，該誤差是由GPS測(cè)量本質(zhì)決定的，所以這種誤差不可避免的。在GPS測(cè)高程時(shí)，會(huì)通過基線的端點(diǎn)來(lái)解算基線向量，所以，由于該起算點(diǎn)的坐標(biāo)誤差，會(huì)導(dǎo)致最后結(jié)果的不準(zhǔn)確性，影響到GPS高程測(cè)量的精確度。同時(shí)，不明顯的因素，包括天線相位中心，由于天線的機(jī)械中心和其電子相位中心不重合，所以，使得測(cè)量時(shí)不止是要測(cè)量電子相位中心的平均位置相對(duì)于天線機(jī)械中心的變化，更是要定義整個(gè)可見天球相位中心的變化。

3、對(duì)GPS高程測(cè)量與傳統(tǒng)高程測(cè)量進(jìn)行比較

（1）GPS高程測(cè)量與水準(zhǔn)測(cè)量的比較。幾何水準(zhǔn)測(cè)量有通視要求就限制了單站水準(zhǔn)路線的長(zhǎng)度，降低了測(cè)量的效率。水準(zhǔn)測(cè)量會(huì)受到外界條件如大氣折光的影響，而GPS高程測(cè)量則不會(huì)受到外界條件的影響。而且測(cè)量結(jié)果的是均是高差，是一個(gè)連續(xù)測(cè)量的過程，必須由一個(gè)已知點(diǎn)測(cè)到未知點(diǎn)，工作量大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)測(cè)量，而GPS可以實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)測(cè)量。

（2）GPS高程測(cè)量與三角高程測(cè)量的比較。在國(guó)內(nèi)某民通過實(shí)驗(yàn)堆GPS高程測(cè)量與三角高程測(cè)量進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為丘陵地區(qū)的民用機(jī)場(chǎng)，即使兩者的高差互差均在《國(guó)家三四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》中四等水準(zhǔn)檢測(cè)高差限差范圍內(nèi)，但是GPS高程測(cè)量準(zhǔn)確度較高，比三腳高程測(cè)量操作更為簡(jiǎn)單。選擇布設(shè)控制點(diǎn)無(wú)遮擋，使得GPS測(cè)量條件非常好，應(yīng)該完善GPS高程測(cè)量技術(shù)，使其更廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活中。

4、GPS高程測(cè)量在水利測(cè)繪中的應(yīng)用及前景

（1）對(duì)水利測(cè)繪的分析。水利工程測(cè)量是為水利工程建設(shè)服務(wù)的專門測(cè)量，水利工程測(cè)量的主要工作內(nèi)容有：平面-高程控制測(cè)量、地形測(cè)量、縱橫斷面測(cè)量、定線和放樣測(cè)量、變形觀測(cè)等。規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的主要測(cè)量任務(wù)是對(duì)天然河道、河口、湖泊、壩區(qū)、庫(kù)區(qū)、灌區(qū)、墾區(qū)等進(jìn)行平面-高程控制測(cè)量、地形測(cè)量、縱橫斷面測(cè)量、地質(zhì)勘察測(cè)量以及渠道和線路工程的初測(cè)。對(duì)水庫(kù)工程，在設(shè)計(jì)階段的后期，一般還要初測(cè)水庫(kù)淹沒界線。施工階段的主要測(cè)量任務(wù)是布設(shè)施工控制網(wǎng)，測(cè)設(shè)工程建筑物軸線和輪廓點(diǎn)，進(jìn)行設(shè)備安裝測(cè)量和隧洞貫通測(cè)量，測(cè)定水庫(kù)淹沒界線，進(jìn)行工程的竣工驗(yàn)收測(cè)量。在大壩變形觀測(cè)設(shè)備埋設(shè)及地殼形變觀測(cè)網(wǎng)布置完畢后，開始先期觀測(cè)，工程運(yùn)行階段的主要測(cè)量任務(wù)是建筑物變形觀測(cè)和地殼形變觀測(cè)。

（2）對(duì)重力場(chǎng)模型內(nèi)插法的分析。通過對(duì)全球或是局部的重力場(chǎng)的模型計(jì)算求出高程的異常值，并結(jié)合水準(zhǔn)測(cè)量和一定的內(nèi)插方法，實(shí)現(xiàn)測(cè)得GPS大地高高程轉(zhuǎn)換中應(yīng)用較多，且精度要求很高。該方法可以應(yīng)用于水利測(cè)繪工程，其效果顯著于傳統(tǒng)高程測(cè)量。

（3）對(duì)曲面擬合法的分析。曲面擬合法，是通過運(yùn)用連續(xù)的數(shù)學(xué)曲面對(duì)大地水準(zhǔn)面進(jìn)行擬合的方法，但是不能滿足于所有的高程測(cè)量要求。如若GPS布設(shè)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)，便不能夠采用曲面擬合法，而應(yīng)采用多項(xiàng)式曲面擬合，將高程異常近似看作是一定范圍內(nèi)各坐標(biāo)的曲面函數(shù)，認(rèn)為高程異常在此范圍內(nèi)變化平緩，可以用已聯(lián)測(cè)水準(zhǔn)的GPS點(diǎn)的高程異常來(lái)擬合這一函數(shù)。

（4）GPS高程測(cè)量在水利測(cè)繪方面的前景。水利工程大多建設(shè)在偏遠(yuǎn)地區(qū)，不順暢的交通形式，復(fù)雜的地形，使得高程測(cè)量非常困難。此時(shí)，GPS與傳統(tǒng)高程測(cè)量相比具有很高的價(jià)值，其中，GPS高程測(cè)量無(wú)需通視，工作強(qiáng)度低，效率高的特點(diǎn)使得GPS脫穎而出。在可以達(dá)到四等及以下幾何水準(zhǔn)的要求下，GPS得到了更多地認(rèn)可與應(yīng)用?？梢酝度敫嗟馁Y金及精力到GPS高程測(cè)量中，使得其具有更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展前景。

5、結(jié)語(yǔ)

雖然現(xiàn)在GPS具有一些缺點(diǎn)，但與其優(yōu)點(diǎn)相比，其缺點(diǎn)微不足道，但我們不能忽視缺點(diǎn)，應(yīng)精確測(cè)量，改善細(xì)節(jié)，更應(yīng)鼓勵(lì)GPS的發(fā)展與研究。GPS高程測(cè)量在水利測(cè)繪工程中表現(xiàn)出以前從未出現(xiàn)過的優(yōu)越性，比水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量均優(yōu)越，所以，政府應(yīng)加大對(duì)GPS高程測(cè)量的宣傳，使其得到更多的認(rèn)可與應(yīng)用，使我國(guó)服務(wù)建設(shè)行業(yè)更加完善。

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