GPS高程測量及在水利測繪工程中的應用

摘 要：GPS高程測量是利用全球定位系統測量技術直接測定地面點的大地高，或間接確定地面點的正常高的方法，在當今社會應用已經越來越廣泛。本研究首先對GPS高程測量進行了研究，并論述了其基本原理；其次探討了GPS高程測量在水利測繪工程中的應用，并將傳統的幾何水準測量，三角高程測量與其進行了對比。

關鍵詞：GPS高程測量；水利測繪工程；GPS高程測量運用

中圖分類號：TV221.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 10-0000-01

近些年來，隨著科學技術的迅猛發展，對GPS定位技術的要求也越來越高。GPS定位精確度高，不受天氣，氣候，晝夜影響，使它在軍事，地學研究等許多領域等到了廣泛的應用與認可，更是在水利測繪方面使傳統耗時耗力的測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，所以，有必要對GPS進行水準測量進行深刻研究，使其可以更好的服務于我國的建設行業。

一、對GPS高程測量的分析

（一）對GPS高程測量原理的分析。利用GPS進行測量實質上是一種測距后方交會的測量方法，利用衛星星歷數據可以確足每一顆衛星的具體位置，利用信號由衛星傳到接收機的時間可以計算出衛星到接收機的距離，進而可以確足接收機的位置。工作原理是：先直接測量所選測量區域內的所有GPS點的大地高，并通過水準測量方法對若干GPS點測出正常高，同時，采用平面擬合或者是曲面擬合進行高程擬合，最終得到所有GPS高程異差，并通過計算算的測量區域的其他GPS點的正常高。

（二）針對GPS測高方法的探討。GPS高程測量有幾種方法，包括等值線圖法，地球模型法，擬合法等。其中針對等值線圖法，確定點的正常高和正高時必須注意所采用的坐標系統，要通過相應坐標系統的大地高數據來對其正常高河正高進行計算，該方法的結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，該方法測量結果也就精確了。地球模型法，由于我國的地理位置與環境的不同，適用于他國的地球模型法不太適合用于我國。擬合法，其根本就是因為在范圍小的區域中，高程異常具有一定的幾何相關性這一原理，采用數學方法，求解正高、正常高或高程異常。

（三）對GPS高程測量影響因素的分析。天高線對其影響比較大，因為在使用三腳架的過程中，高度的經常變化導致一定要對天高線進行仔細測量及審核。由于衛星分布的不均，也對GPS高程測量產生著誤差，由于衛星的不可控制性，該誤差是由GPS測量本質決定的，所以這種誤差不可避免的。在GPS測高程時，會通過基線的端點來解算基線向量，所以，由于該起算點的坐標誤差，會導致最后結果的不準確性，影響到GPS高程測量的精確度。同時，不明顯的因素，包括天線相位中心，由于天線的機械中心和其電子相位中心不重合，所以，使得測量時不止是要測量電子相位中心的平均位置相對于天線機械中心的變化，更是要定義整個可見天球相位中心的變化。

二、對GPS高程測量與傳統高程測量進行比較

（一）GPS高程測量與水準測量的比較。幾何水準測量有通視要求就限制了單站水準路線的長度，降低了測量的效率。水準測量會受到外界條件如大氣折光的影響，而GPS高程測量則不會受到外界條件的影響。而且測量結果的是均是高差，是一個連續測量的過程，必須由一個已知點測到未知點，工作量大，無法實現單點測量，而GPS可以實現單點測量。

（二）GPS高程測量與三角高程測量的比較。在國內某民通過實驗堆GPS高程測量與三角高程測量進行了分析。實驗地點為丘陵地區的民用機場，即使兩者的高差互差均在《國家三四等水準測量規范》中四等水準檢測高差限差范圍內，但是GPS高程測量準確度較高，比三腳高程測量操作更為簡單。選擇布設控制點無遮擋，使得GPS測量條件非常好，應該完善GPS高程測量技術，使其更廣泛應用于社會生活中。

三、GPS高程測量在水利測繪中的應用及前景

（一）對水利測繪的分析。水利工程測量是為水利工程建設服務的專門測量，水利工程測量的主要工作內容有：平面-高程控制測量、地形測量、縱橫斷面測量、定線和放樣測量、變形觀測等。規劃設計階段的主要測量任務是對天然河道、河口、湖泊、壩區、庫區、灌區、墾區等進行平面-高程控制測量、地形測量、縱橫斷面測量、地質勘察測量以及渠道和線路工程的初測。對水庫工程，在設計階段的后期，一般還要初測水庫淹沒界線。施工階段的主要測量任務是布設施工控制網，測設工程建筑物軸線和輪廓點，進行設備安裝測量和隧洞貫通測量，測定水庫淹沒界線，進行工程的竣工驗收測量。在大壩變形觀測設備埋設及地殼形變觀測網布置完畢后，開始先期觀測，工程運行階段的主要測量任務是建筑物變形觀測和地殼形變觀測。

（二）對重力場模型內插法的分析。通過對全球或是局部的重力場的模型計算求出高程的異常值，并結合水準測量和一定的內插方法，實現測得GPS大地高高程轉換中應用較多，且精度要求很高。該方法可以應用于水利測繪工程，其效果顯著于傳統高程測量。

（三）對曲面擬合法的分析。曲面擬合法，是通過運用連續的數學曲面對大地水準面進行擬合的方法，但是不能滿足于所有的高程測量要求。如若GPS布設成網狀結構時，便不能夠采用曲面擬合法，而應采用多項式曲面擬合，將高程異常近似看作是一定范圍內各坐標的曲面函數，認為高程異常在此范圍內變化平緩，可以用已聯測水準的GPS點的高程異常來擬合這一函數。

（四）GPS高程測量在水利測繪方面的前景。水利工程大多建設在偏遠地區，不順暢的交通形式，復雜的地形，使得高程測量非常困難。此時，GPS與傳統高程測量相比具有很高的價值，其中，GPS高程測量無需通視，工作強度低，效率高的特點使得GPS脫穎而出。在可以達到四等及以下幾何水準的要求下，GPS得到了更多地認可與應用。可以投入更多的資金及精力到GPS高程測量中，是的其具有更長遠的發展前景。

雖然現在GPS具有一些缺點，但與其優點相比，其缺點微不足道，但我們不能忽視缺點，應精確測量，改善細節，更應鼓勵GPS的發展與研究。GPS高程測量在水利測繪工程中表現出以前從未出現過的優越性，比水準測量和三角高程測量均優越，所以，政府應加大對GPS高程測量的宣傳，使其得到更多的認可與應用，使我國服務建設行業更加完善。

參考文獻：

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