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

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，我國的經濟進步速度加快，國內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定位技術測得的數據精度較高，數據比較準確，但前提是測量工作要嚴格按照規定的程序進行。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據坐標是以某個大地參考系為標準的，數據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，得出的大地高數據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。為了提高測量數據的精準度，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據不同，差分法被用來計算各數據之間的差異，之后，一次差異被經過處理，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值。

目前，靜態作業、RTK等作業模式是應用率最高的兩個計算模型，具有測量數據精度高，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。經過長期的時間與完善，國內的GPS高程測量技術水平已經達到四星級。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。數學曲面的連續性，在大地水準高程系統的基礎上進行擬合，這種方法因涉及到眾多數學曲面，被稱為曲面擬合法。此方法在GPS高程測量技術的發展前期被廣泛應用，但是經過發展，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、重力場的模型內插。首先根據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的異常值進行計算，運用模型內插來實現正常高和大地高的轉換過程。此過程的測量精度要達到較高的標準，例如，GPS高程測量的控制網要選用高規格的RTK接收機和高規格的單頻接收機來進行綜合測量；從網內選取多個點，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；要求數據的極差控制在0.1mm以內，標準差要盡可能的小，避免數據離散程度較高。

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，減緩高程數據的上下波動，使其達到平緩狀態，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，當地的地形條件與經濟條件較差，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)選取更高質量的GPS設備

為了保證測量數據的精度，保證工作的質量，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定性不受環境影響。

(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定程序來操作儀器，盡量避免惡劣的天氣下進行作業，對測量數據進行誤差估計，將誤差計算在統計數據之內。

(四)根據具體情況選擇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，在我國已經得到廣泛應用。要想保證其應用效率，必須對嚴格規范操作步驟，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].科技致富向導，2015，(4)：307-308.