史曉峰

陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西西安 710018

GPS水準(zhǔn)測量在渭河中下游河道測區(qū)中的應(yīng)用

史曉峰

陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西西安 710018

本文通過GPS水準(zhǔn)測量在渭河中下游河道測區(qū)的應(yīng)用，探討了GPS水準(zhǔn)測量的有關(guān)觀測技術(shù)要求，并通過對GPS網(wǎng)高程進(jìn)行擬合，分析了GPS水準(zhǔn)的平差精度。

GPS水準(zhǔn)；河道測區(qū)；觀測應(yīng)用

GPS水準(zhǔn)測量方法是大型帶狀測區(qū)測量高程最常用的一種方法。GPS水準(zhǔn)測量通過聯(lián)測測區(qū)內(nèi)一定數(shù)量的高級水準(zhǔn)點，計算出未知點的高程異常，在水利工程測量中能夠?qū)y量效率大大提高，同時還能夠保證測量的精確度，GPS水準(zhǔn)測量具有精度高、速度快、觀測時間短、坐標(biāo)實施解算等優(yōu)點。

1 工程測量項目概況

工程測量項目：渭河中下游河道地理信息系統(tǒng)渭河西韓鐵路橋～渭攔10區(qū)段1/萬地形圖測量，按照“數(shù)字渭河”工程技術(shù)體系，為用戶提供地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)。系統(tǒng)采用1:25萬和1:1萬兩種空間尺度進(jìn)行設(shè)計。沿河橫向?qū)挾葹?0km的帶狀區(qū)域，1:1萬比例尺建設(shè)范圍為渭河干流從咸陽鐵路橋至渭河入黃河口，1:25萬比例尺數(shù)據(jù)庫建設(shè)范圍為陜西省渭河流域范圍。渭河中下游河道地理信息測量采用全球定位系統(tǒng)（GPS）、利用遙感（RS）地理信息系統(tǒng)（GIS）“3S”高新技術(shù)，采集渭河中下游河道基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，建立基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫。

2 GPS觀測與解算中各項參數(shù)設(shè)置

觀測使用的GPS設(shè)備為六臺套美國天寶GPS，均為雙頻接收機(jī)，標(biāo)稱精度為5mm+1ppm*D，項目參數(shù)設(shè)置：GPS接收機(jī)采用雙頻接收機(jī)，同步觀測GPS接收機(jī)臺數(shù)≥3；衛(wèi)星高度角設(shè)置（度）15，有效觀測GPS衛(wèi)星數(shù)≥4；同步跟蹤GPS衛(wèi)星數(shù)≥4；觀測時段數(shù)1.6；時段長度（min）40；數(shù)據(jù)采樣間隔（sec）10；GPS衛(wèi)星象限分布≥3；PDOP/GDOP≤6，作業(yè)采用20s～30s采樣率的快速靜態(tài)測量模式，觀測2個時段。

GPS水準(zhǔn)和平面控制同步進(jìn)行，在觀測過程中，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，整體網(wǎng)形沿著帶狀布置，同時在測區(qū)的周邊2個GPS B級網(wǎng)點和6個GPS C級網(wǎng)點，并均勻聯(lián)測14個三等水準(zhǔn)點。

3 GPS水準(zhǔn)測量高程擬合的分析

考慮渭河中下游河道測區(qū)屬大型帶狀測區(qū)，從咸陽至渭河入黃河沿線河道彎曲大，渭河中下游河道測

鑒于考慮到渭河中下游的河道測區(qū)為大型帶狀測量，由咸陽道渭河的入黃河沿線位置，河道彎曲性較強(qiáng)，渭河的中下游河道測區(qū)中，相對高差控制在50m之內(nèi)，以此決定采取多項化曲面擬合法，測量本測區(qū)范圍內(nèi)的GPS水準(zhǔn)高程擬合模型。

假設(shè)該網(wǎng)中的某一點或者多點具備精確WGS-84坐標(biāo)系中大地高程，當(dāng)GPS網(wǎng)實現(xiàn)平差后，可求得各GPS點的WGS-84大地高H84。通過GPS網(wǎng)平差，可以得到高精度的大地高差。大地高和正常高之間的關(guān)系式如下：

Hr= H84-ξ

其中ξ表示似大地水準(zhǔn)面至橢球面間的高差，叫做高程異常，它是由地下物質(zhì)及其密度分布不均勻產(chǎn)生的重力異常導(dǎo)致。

根據(jù)測區(qū)中已知點的坐標(biāo)（x,y）和其正常高值（h），擬合出測區(qū)似大地水準(zhǔn)面，再內(nèi)插出待定點的ζ，從而求出網(wǎng)中各點的正常高。

設(shè)網(wǎng)中某點的ζ與平面坐標(biāo)x,y有下列關(guān)系

其中，f（x,y）為ζ的趨勢值，ε為誤差。

對f（x,y）級數(shù)展開

于是，（1）式的矩陣形式為

1 x1 y1 x12 …1 x2 y2 x22 ………………xn yn xn2 …1

對于上式，在Σε2=min條件下，解出各ai，然后按照矩陣式獲得各點ζ，進(jìn)而獲得每個點的正常高值。在平差情況下，采取模型處理，并對兩個子區(qū)分別進(jìn)行測量；在高程擬合狀態(tài)下，首先讀取WGS84坐標(biāo)系的無約束平差文件：Adjust.out，然后再進(jìn)行高程擬合。當(dāng)實現(xiàn)平差之后，可以判斷GPS水準(zhǔn)擬合的精確度，將網(wǎng)中某一點作為特定的參與擬合的三等水準(zhǔn)點，該高程值和本點GPS擬合值進(jìn)行比較。獲得GPS水準(zhǔn)擬合精度，以20(mm)來計算，其中d代表此點到最近的已知點距離。GPS水準(zhǔn)測量精度中誤差±40，從中可以看出，水準(zhǔn)點的幾何水準(zhǔn)高程與GPS擬合高程之差滿足了四等水準(zhǔn)的限差要求，從而說明本次GPS水準(zhǔn)測量達(dá)到了四等水準(zhǔn)的精度要求。

4 結(jié)論

通過對GPS水準(zhǔn)測量高程擬合分析得知，大地高差測定的精準(zhǔn)度，對GPS水準(zhǔn)精度產(chǎn)生直接影響。因此，為了確保GPS水準(zhǔn)精度，應(yīng)注重提高大地高差的測定精度。

提高大地高（差）測定的精度的措施主要有：1）提高GPS網(wǎng)基線解算的局部起算點坐標(biāo)精度；2）GPS儀器精度的選擇不得低于極限精度5mm+1ppm 、高程精度 10mm+2ppm ，性能相對穩(wěn)定，同時受到外界環(huán)境的影響作用較大；3）在觀測過程中，應(yīng)注重選擇最佳的衛(wèi)星分布方式；4）減少對流層延遲以及多路徑的誤差；5）大于10km的GPS網(wǎng)點應(yīng)實測氣象參數(shù)；6）在計算過程中，坐標(biāo)取1m或10m，但是高程必須精確到mm。計算結(jié)果通過計算機(jī)，測量高程異常的等值線圖，可分析測區(qū)的高程異常變化情況，以此保證擬合計算的精度。同時，盡量減小其它誤差因素影響。比如 GPS 圖形結(jié)構(gòu)、電離層影響、外業(yè)施測過程中正確量取天線高等，最大程度地減少GPS測量誤差影響。

總之，按照《水利水電工程測量規(guī)范》SL197-97中四等GPS網(wǎng)的要求，渭河中下游河道測區(qū)水準(zhǔn)的擬合精度中誤差在±40，可以說“數(shù)字渭河”工程技術(shù)體系GPS水準(zhǔn)測量達(dá)到了四等水準(zhǔn)的精度要求。

[1]周忠謨等.GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用[M].測繪出版社，1997.

[2]國家測繪局.GB/T 18314-2009全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范 [M].測繪出版社，2009.

[3]魏海峰，劉炳森，王超賓.GPS在工程測量中的應(yīng)用分析[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011(6).

[4]李聚方，郝亞東，婁洪富.遠(yuǎn)距離動態(tài)GPS測量在黃河斷面測量中的應(yīng)用[J].人民黃河，2010(8).

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