高程擬合技術(shù)在水利測(cè)量中的應(yīng)用

王金揚(yáng)

摘 要：本文根據(jù)已有控制點(diǎn)的大地高和水準(zhǔn)高，計(jì)算高程異常，通過(guò)多項(xiàng)式曲面擬合方法計(jì)算高程擬合參數(shù)，運(yùn)用FJCORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK對(duì)已有的水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行高程數(shù)據(jù)采集，進(jìn)一步驗(yàn)算擬合高程的準(zhǔn)確性。作者結(jié)合其單位在漳州市東南部沿海地區(qū)九龍江調(diào)水工程進(jìn)行實(shí)例分析。所求得的高程擬合參數(shù)，運(yùn)用于區(qū)域范圍的工程測(cè)量中能夠同步實(shí)時(shí)獲取正常高，減少采集后的內(nèi)業(yè)高程改正過(guò)程;與傳統(tǒng)水準(zhǔn)測(cè)量方法相比，省略了水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè)時(shí)間，從而提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：擬合參數(shù);網(wǎng)絡(luò)RTK;高程擬合;水利測(cè)量

中圖分類(lèi)號(hào)：TV523 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2021）30-0058-03

Abstract： In this paper， according to the geodetic height and leveling height of the existing control points， the height abnormity is calculated and the height fitting parameters are calculated by the polynomial surface fitting method. The network RTK of FJCORS system is applied to collect the height data of the existing leveling points and the accuracy of elevation fitting can be further checked. The reliability of elevation fitting accuracy is verified by an example of the water diversion project of Jiulong River in the southeast coastal area of Zhangzhou City. The obtained elevation fitting parameters can be simultaneously applied to the regional engineering survey to acquire the normal height in real time and reduce the process of indoor elevation correction after collection. Compared with the traditional leveling method， the field time for leveling is saved so as to improve the work efficiency.

Keywords： fitting parameter; network RTK; elevation fitting; water conservancy survey

隨著社會(huì)日新月異的發(fā)展，水利項(xiàng)目類(lèi)型不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量方法已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)今社會(huì)高效率發(fā)展的需要。因此，福建省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（FJCORS）網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)，已在本省水利建設(shè)中發(fā)揮重要作用，但是移動(dòng)站接收到FJCORS系統(tǒng)的是CGCS2000大地高數(shù)據(jù)，如何快速實(shí)時(shí)獲取準(zhǔn)確的正常高數(shù)據(jù)至關(guān)重要[1]。本文結(jié)合實(shí)例探討高程擬合參數(shù)的計(jì)算過(guò)程及利用參數(shù)運(yùn)用于FJCORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行外業(yè)實(shí)時(shí)測(cè)量獲取擬合高程值，根據(jù)實(shí)測(cè)擬合高程與原水準(zhǔn)高程對(duì)比，進(jìn)行精度分析[2]。將高程擬合技術(shù)應(yīng)用在工程項(xiàng)目中，摒棄傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量，節(jié)省外業(yè)時(shí)間，提高工作效率。

1 高程擬合原理

FJCORS系統(tǒng)并未加入大地水準(zhǔn)面精化模型數(shù)據(jù)，導(dǎo)致RTK外業(yè)采集獲得的只是大地高，而實(shí)際工程使用的是正常高，與大地高存在高程異常，如何求出高程異常ζ，比較可靠的方法是似大地水準(zhǔn)面精化法，但一般工程項(xiàng)目難以實(shí)現(xiàn)，工程項(xiàng)目中以二次多項(xiàng)式曲面擬合運(yùn)用最多[3]。其算法模型為式（1）。

式中：n為參與計(jì)算的已知點(diǎn)的數(shù)量;（B，L）為已知點(diǎn)的平面坐標(biāo);ɑ0、ɑ1、ɑ2、ɑ3、ɑ4、ɑ5為擬合模型的待定參數(shù);B0、L0為參與計(jì)算的已知點(diǎn)平面坐標(biāo)的均值。

2 實(shí)例分析

以漳州市東南部沿海地區(qū)九龍江調(diào)水工程為例進(jìn)行實(shí)例分析，工程總投資51.14億元，年調(diào)水量2.95億m3，起點(diǎn)為九龍江西溪橋閘上游約800 m處，線路從薌城區(qū)至龍海市到漳浦縣，總長(zhǎng)度約126.34 km，其中隧洞長(zhǎng)度39.19 km，管道87.15 km。線路分為4部分：（1）供水主線，西溪取水泵站—眉力水庫(kù);（2）前亭支線，小徑新村分水口—前亭東部水廠;（3）赤湖支線，眉力水庫(kù)—赤湖工業(yè)區(qū);（4）古雷支線，眉力水庫(kù)—古雷二水廠。項(xiàng)目工期緊迫，按照上級(jí)要求2個(gè)月提供126.34 km 的1∶1 000帶狀地形圖。

基于本項(xiàng)目測(cè)量任務(wù)重、工期短及線路長(zhǎng)等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)水準(zhǔn)測(cè)量方法完成100多km水準(zhǔn)測(cè)量需要花費(fèi)較多的人力物力，無(wú)法按期完成測(cè)量任務(wù)。綜合考慮采用高程擬合方法，實(shí)現(xiàn)過(guò)程是通過(guò)收集已有大地高和水準(zhǔn)高的控制點(diǎn)解算高程擬合參數(shù)，代入儀器進(jìn)行實(shí)地采集水準(zhǔn)點(diǎn)高程，驗(yàn)證擬合高程精度，精度滿足要求后，運(yùn)用到圖根控制或者像控點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)采集。

2.1 本項(xiàng)目區(qū)域控制點(diǎn)收集

收集線路附近國(guó)家D級(jí)控制點(diǎn)8個(gè)（已有大地高和三等水準(zhǔn)高）以及以前項(xiàng)目施測(cè)的四等水準(zhǔn)點(diǎn)9個(gè)，均勻分布于整個(gè)測(cè)區(qū)范圍。點(diǎn)位位置圖詳見(jiàn)圖1。

2.2 擬合參數(shù)計(jì)算

通過(guò)已知8個(gè)D級(jí)控制點(diǎn)，根據(jù)各點(diǎn)的大地高和水準(zhǔn)高的差值計(jì)算高程異常值ζ（ζ=H-Hr，H為大地高，Hr為正常高），采用多項(xiàng)式曲面擬合法代入公式（1），通過(guò)南方GpsTool.exe工具軟件計(jì)算高程擬合參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表1。

2.3 控制點(diǎn)外業(yè)數(shù)據(jù)采集

通過(guò)技術(shù)的擬合參數(shù)導(dǎo)入RTK手薄，連接FJCORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK，實(shí)地采集9個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)高程數(shù)據(jù)，外業(yè)數(shù)據(jù)采集嚴(yán)格按照《技術(shù)規(guī)范》要求操作，各項(xiàng)采集成果限差符合規(guī)范要求[4]，采集擬合高程與原有水準(zhǔn)高程誤差精度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

2.4 擬合高程結(jié)果分析

網(wǎng)絡(luò)RTK高程測(cè)量的內(nèi)符合精度、外符合精度高程中誤差與已知高程控制點(diǎn)檢測(cè)較差的限差規(guī)定，詳見(jiàn)表3。

通過(guò)表1、表2與表3精度限差規(guī)定對(duì)比，可以得出以下結(jié)論。

①通過(guò)內(nèi)符合精度分析知，表1高程中誤差1.924 cm≤3.0 cm，可以達(dá)到四等水準(zhǔn)要求。

②通過(guò)外符合精度分析知，表2高程中誤差2.358 cm≤3.0 cm，與已知高程點(diǎn)檢測(cè)較差最大3.1 cm≤6.0 cm，可以達(dá)到四等水準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)大地高和正常高的高程異常值計(jì)算高程擬合參數(shù)，通過(guò)內(nèi)符合精度分析，可以達(dá)到四等水準(zhǔn)要求。將高程擬合參數(shù)導(dǎo)入RTK，通過(guò)FJCORS系統(tǒng)進(jìn)行外業(yè)水準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)核，由外符合精度分析可以看出，高程中誤差和檢測(cè)點(diǎn)高程較差的精度符合規(guī)范要求，說(shuō)明其擬合精度是可靠的，可滿足高程控制點(diǎn)測(cè)量技術(shù)要求。使用此方法外業(yè)采集得到的高程數(shù)據(jù)為擬合后的正常高數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了內(nèi)業(yè)擬合改正過(guò)程，取代了傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量，進(jìn)而提高了工作效率。當(dāng)然，使用高程擬合參數(shù)所選的已知點(diǎn)必須能有效覆蓋整個(gè)工程區(qū)域，點(diǎn)位分布盡量均勻，才能更好地保證擬合精度和測(cè)量精度;在外業(yè)測(cè)量過(guò)程中應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定進(jìn)行操作。

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