李宜冰

中國葛洲壩集團第三工程有限公司

論述GPS高程測量技術在水利工程測量中的應用

李宜冰

中國葛洲壩集團第三工程有限公司

近年來，我國的經(jīng)濟進步速度加快，國內(nèi)的科學技術水平也隨之提高，GPS定位技術在各個領域受到了廣泛歡迎。在水利工程領域中，GPS高程測量技術對平面控制的有效進行具有重要作用。采用GPS定位技術測得的數(shù)據(jù)精度較高，數(shù)據(jù)比較準確，但前提是測量工作要嚴格按照規(guī)定的程序進行。因此，對GPS高程測量技術在水利工程中的應用現(xiàn)狀與方法進行研究具有重要意義。

水利工程；GPS高程測量；應用現(xiàn)狀；應用效率

一、GPS高程測量概述

(一)大地高的測量

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

(二)正高的概念

正高是指從固定點到大地水準面的垂線距離，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)正常高的測量

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

(四)高程異差的測量

高程異差是指橢球面與水準面之間的距離。以不同的橢球面為參考，得到的高程異差也不盡相同。這里的水準面通常為大地水準面，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面差距，用字母表示為N。大地水準面差距N又與正高Hg組成大地高H。

二、GPS高程測量在水利工程中的應用

(一)GPS高程測量在水利工程中的應用現(xiàn)狀

GPS高程測量技術在我國目前的水利工程測量過程中已經(jīng)得到廣泛應用。GPS定位技術在相對測量與定位中起到了重要作用。為了提高測量數(shù)據(jù)的精準度，L1、L2載波被用來對局域差分進行測量，不同的接收機之間的接收數(shù)據(jù)不同，差分法被用來計算各數(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)模式是應用率最高的兩個計算模型，具有測量數(shù)據(jù)精度高，測量用時較短、應用范圍廣等多個特點，受到水利人員的青睞。

我國的GPS高程測量技術應用范圍較廣，技術水平較高，特別在最近幾年取得了巨大的進步，在三峽大壩的建設等重要的水利工程中都起到重要的作用。經(jīng)過長期的時間與完善，國內(nèi)的GPS高程測量技術水平已經(jīng)達到四星級。在之后的水利工程中，GPS高程測量將成為必不可少的一項技術。數(shù)學曲面的連續(xù)性，在大地水準高程系統(tǒng)的基礎上進行擬合，這種方法因涉及到眾多數(shù)學曲面，被稱為曲面擬合法。此方法在GPS高程測量技術的發(fā)展前期被廣泛應用，但是經(jīng)過發(fā)展，難度的加大，級別升高，此方法不再適用于高級水利工程過程。

2、重力場的模型內(nèi)插。首先根據(jù)局部或是整體的重力特點構建物理模型。利用重力場模型對高程系統(tǒng)的異常值進行計算，運用模型內(nèi)插來實現(xiàn)正常高和大地高的轉(zhuǎn)換過程。此過程的測量精度要達到較高的標準，例如，GPS高程測量的控制網(wǎng)要選用高規(guī)格的RTK接收機和高規(guī)格的單頻接收機來進行綜合測量；從網(wǎng)內(nèi)選取多個點，以此為水準進行控制，將重力似水準與水準似大地水準進行擬合，來獲得高精度的水準結果；要求數(shù)據(jù)的極差控制在0.1mm以內(nèi)，標準差要盡可能的小，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來對高程異差進行計算分析，確定其短波分量的大小，對該分量進行處理，減緩高程數(shù)據(jù)的上下波動，使其達到平緩狀態(tài)，再將短波分量進行還原處理。水利工程的修建地點多為地形復雜的山區(qū)，當?shù)氐牡匦螚l件與經(jīng)濟條件較差，硬件設施比較落后，給水利工程的過程帶來巨大的不便，此種方法對于地勢起伏較大的山區(qū)測量有重要作用，能夠降低由于海拔相差較大帶來的工作困難，目前已經(jīng)達到廣泛應用。

三、提高GPS高程測量在水利工程中應用效率的相關建議

(一)繼續(xù)加強GPS技術的建設

對GPS高程測量技術進行完善，加強其硬件設施的質(zhì)量，對于測量工作較多的水利工程，爭取同時利用GPS高程測量技術進行多項測量工作，加快工程建設進度，提高工作的效率。

(二)選取更高質(zhì)量的GPS設備

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

(三)控制誤差

在測量過程中，除了儀器設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造成測量精度降低，誤差增大，為此，工作人員要嚴格按照規(guī)定程序來操作儀器，盡量避免惡劣的天氣下進行作業(yè)，對測量數(shù)據(jù)進行誤差估計，將誤差計算在統(tǒng)計數(shù)據(jù)之內(nèi)。

(四)根據(jù)具體情況選擇GPS技術

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

結束語：

總而言之，GPS高程測量技術在水利工程領域中起著至關重要的作用，在我國已經(jīng)得到廣泛應用。要想保證其應用效率，必須對嚴格規(guī)范操作步驟，加強設備建設，有選擇的采用GPS高程測量技術。

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

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