GPS定位技术在跨河水准测量中的应用.pdf下载 支持高清免费浏览 max...
盛伟 张亮
摘 要：本文主要是以GPS定位技术在池州大桥跨河水准测量上的运用，表明该技术方法得到的结果能满足精度要求和工程需要，为以后同类工程有一定的借鉴作用。
关键词：正常高；大地高；高程异常；高出异常变化率
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）08-0130-02
1 引言
GPS定位技术在我国测绘领域中得到了广泛的应用，GPS精密大地高测定精度可达到毫米级精度，这为采用精密GPS定位技术进行跨河水准测量具备了理论上的前提条件，于是一种基于高精度GPS相对定位和水准测量相结合的跨河高程传递技术——GPS水准方法受到人们的广泛关注。GPS的定位精度与常规测量手段相比具有较强的优越性，但由于我国目前采用的高程系统是与GPS大地高不同的正常高系统，是一个与似大地水准面为基准的物理量，而GPS测量所得到的大地高，是一个与参考椭球面有关的几何量，两者间的差值并非常数关系，不能严格精确转换。但对于较长距离的高精度跨河高程传递，可以综合考虑局部大地水准面的不规则性和相关性根据不同场地的具体情况制定有针对性的GPS跨河水准测量方案。
2 GPS跨河水准测量原理
GPS水准测量就是用高等级水准测量的方法测出GPS公共点的正常高，再计算出公共点的高程异常及高程异常变化率，然后通过建立函数拟合模型拟合出未知点的正常高。高程异常的拟合函数模型主要有线状拟合函数模型、曲面拟合函数模型及重力场函数拟合模型。本文主要以线状拟合函数模型为例来阐述GPS跨河水准的测量方法。
3 GPS水准测量方案设计
采用GPS测量法进行跨河水准测量时，应遵循以下要求：
（1）GPS跨河水准测量应选择在地形较为平坦的平原、丘陵且河流两岸地貌形态基本一致地区进行。海拔高程超过500m的地区，不宜进行GPS跨河水准测量。当跨河场地两端高差变化超过70m/km的地区，不宜进行一等GPS跨河水准测量，超过130m/km的地区，不宜进行二等跨河水准测量。
（2）GPS水准点尽可能选于水准测线附近，并有利于进行GPS观测及水准联测。应避开土质松软和强磁场地段，以及行人、车辆来往较多的场所。
（3）应分析已有的地形、重力和水准等与大地水准面相关的测量资料，选择河流两岸大地水准面具有相同的变化均势，且变化相对平缓的方向上布设跨河路线。
（4）二等跨河水准测量中，非跨河点（A、D）宜位于跨河点（B、C）连线的延长线上，点间距大致与跨河距离相等，非跨河点偏离跨河方向轴线的垂距不得大于BC的1/25。如图1。
（5）二等跨河水准测量中，非跨河点（A、D）宜位于跨河点（B、C）连线的延长线上，点间距大致与跨河距离相等，非跨河点偏离跨河方向轴线的垂距不得大于BC的1/25。
（6）当跨河距离小于2公里时，同一河岸非跨河点距跨河点的距离以2公里为宜。
4 GPS水准测量技术要求
GPS测量作业的基本技术要求如表1。
（1）观测组必须接受统一指挥，在检查接收机电源和天线等连接无误后，方可同一时间开机。
（2）观测前，及观测过程中，应逐项填写测量手簿中的各项信息。
（3）观测中禁止任何人触碰仪器，以防止被移动，防止人和其他物体遮挡卫星信号。
（4）观测前应及时的了解天气情况，避开恶劣天气。
（5）观测时，天线整平对中误差不得大于1mm，每时段观测前后各量取天线高一次，两次互差小于2mm，并取其平均值作为最后结果。双时段观测时第二时段仪器必须重新对中整平，重新量取天线高度。
（6）观测过程中按规定填写观测手簿。包括：1）测站名、测站号。2）观测日期、天气、时段。3）开始、结束时间。4）接收机及天线类型、编号。5）天线相位中心至点位的直高等。
（7）二等规定的所有观测时段应在48h内完成观测。
5 GPS定位技术在池州大桥水准测量中的应用
池州大桥项目跨河水准测量，跨河长度为1724米，点位布置如图2。
DQ7和DQ17分别是枞阳侧和池州侧非跨河水准点，QBM1和QBM2分别是枞阳侧和池州侧跨河水准点。其测量数据及计算过程如表2。
表中数据计算分析得出：
（1）枞阳侧DQ7到QBM1的高程异常变化率为：-0.00210 4695m/km。（高程异常变化率=高差异常变化值/椭球距离；高差异常变化值=椭球高差-水准高差；椭球高差=QBM1的大地高程-DQ7的大地高程）；
（2）池州侧QBM2到DQ17的高程异常变化率为：-0.0014 15929m/km。（高程异常变化率=高差异常变化值/椭球距离；高差异常变化值=椭球高差-水准高差；椭球高差=DQ17的大地高程QBM2的大地高程）；
（3）跨河处高程异常变化率为：-0.001760312m/km。（跨河处QBM1到QBM2高程异常变化率=（DQ7到QBM1的高程异常变化率+QBM2到DQ17的高程异常变化率）/2）；
（4）跨河处高程异常变化值为：-0.003034778m（跨河处QBM1到QBM2高程异常变化值=跨河处QBM1到QBM2高程异常变化率/跨河处QBM1到QBM2椭球距离）；
（5）QBM1与QBM2椭球高差值：-1.4281m（椭球高差=QBM1的大地高程-QBM2的大地高程）；
（6）QBM1与QBM2水准高差值：-1.425065222m；
（QBM1与QBM2水准高差值=跨河处QBM1到QBM2高程异常变化值+QBM1与QBM2椭球高差值）；
把QBM1与QBM2水准高差值归到整个水准网中进行平差处理，整个处理结果能满足二等水准的要求，说明该方法具有较高可行性。
6 结语
从本例看出GPS高程线性拟合精度主要取决于公共点的大地高、正常高测量精度，其次就是地形地势的平坦程度。因此，在今后的同类跨河水准项目上，满足精度要求的前提下，可以优先考虑使用GPS跨河水准方法，這样可以提高工作效率，节约成本。
参考文献
[1]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用[M].武汉大学出版社，2003.
[2]GB/T 12897-2006国家一、二等水准测量规范[S].中国：中国标准出版社，2006.
