袁 鋼，王 偉，張?jiān)苿?/p>

（1.江西省核工業(yè)地質(zhì)局，江西 南昌 330046；2.江西省交通設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330002；3.江西省宜春市城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)局，江西 宜春 336000）

近兩年隨著鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)的國(guó)家區(qū)域性戰(zhàn)略規(guī)劃的實(shí)施，一批重大生態(tài)經(jīng)濟(jì)建設(shè)工程扎實(shí)推進(jìn)，為配合鄱陽湖水利樞紐工程、高速公路跨湖特大橋等基礎(chǔ)建設(shè)的前期工作，開展了環(huán)鄱陽湖三等水準(zhǔn)測(cè)量、鄱陽湖湖區(qū)似大地水準(zhǔn)面精化、鄱陽湖數(shù)字地面模型等基礎(chǔ)測(cè)繪項(xiàng)目的實(shí)施與研究，掌握了一大批數(shù)據(jù)，為湖區(qū)的工程建設(shè)、長(zhǎng)遠(yuǎn)治理和保護(hù)提供了強(qiáng)有力的測(cè)繪保障。

鄱陽湖位于長(zhǎng)江中下游南岸，江西省北部，形似一個(gè)歪脖的葫蘆，湖盆區(qū)分為南北兩部分，南部寬廣為湖區(qū)，北部狹長(zhǎng)為湖水入長(zhǎng)江水道區(qū)。鄱陽湖南北長(zhǎng)173km左右，東西最寬處約74km，湖岸線長(zhǎng)約1200km，流域面積為16.22萬km2。正因其獨(dú)特的地理環(huán)境，寬闊的湖面形成了東西兩岸高程基準(zhǔn)精確傳遞的天然屏障，若僅靠現(xiàn)有的環(huán)湖一千多公里的三等水準(zhǔn)聯(lián)系兩岸高程精度偏低、可靠性差，難以滿足跨湖大壩、大橋及隧道等特大型工程的建設(shè)要求。因此，迫切需要進(jìn)行湖盆核心區(qū)兩岸的高程精密聯(lián)測(cè)，建立統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)，以滿足高精度工程施工放樣的需要。

1 GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量法的原理與特點(diǎn)

GPS技術(shù)具有三維定位功能，具有快速、全天候測(cè)量、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)。GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)方法而言，受外界氣候條件影響小，場(chǎng)地布設(shè)比較靈活，觀測(cè)周期短，儀器、標(biāo)尺無需頻繁調(diào)岸，誤差積累不像用光學(xué)水準(zhǔn)測(cè)量受大氣垂直折光影響那樣顯著。

GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量法的基本原理是精密測(cè)定兩岸位于大致一條直線上及間距大致與跨河距離相等的跨河水準(zhǔn)點(diǎn)（即包括跨河點(diǎn)和非跨河點(diǎn)）之間的大地高差，同時(shí)用水準(zhǔn)儀精密測(cè)定同岸跨河水準(zhǔn)點(diǎn)間的正常高差，以求出各同岸跨河水準(zhǔn)點(diǎn)間的高程異常變化率，再取其平均值修正跨河點(diǎn)間大地高差，最終求出跨河點(diǎn)之間的正常高差。圖1中AB方向的高程異常變化率

圖1 跨河方向軸線上地形斷面及高程異常變化示意圖

式中：SAB為A、B點(diǎn)間的平距；ΔHAB為A、B點(diǎn)間的大地高差；ΔhAB為A、B點(diǎn)間的正常高差。

最后將兩岸得到的不同的高程異常變化率取其平均值ˉα作為跨河河段的高程異常變化率。則跨河點(diǎn)B、C間高程異常差

由上式計(jì)算跨河點(diǎn)之間的跨河水準(zhǔn)高差

由于似大地水準(zhǔn)面是一個(gè)不規(guī)則的曲面，高程異常隨著地區(qū)地形以及地質(zhì)密度等的不同而存在起伏變化。從式（1）、（2）、（3）看出，要實(shí)現(xiàn)由ΔH到Δh的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，關(guān)鍵在于推出的Δξ的準(zhǔn)確性。因此，首先要保證選取的跨河方向軸線上高程異常變化應(yīng)近似線性，且斜度基本一致；同時(shí)要精確獲取GPS水準(zhǔn)點(diǎn)間的大地高差和同岸點(diǎn)間的正常高差。

2 跨河場(chǎng)地的選擇與布置

借助分辨率為2.5′×2.5′，精度達(dá)到3.1cm的鄱陽湖湖區(qū)似大地水準(zhǔn)面精化成果及數(shù)字地面模型分析，跨河水準(zhǔn)工作場(chǎng)地的有利位置在鄱陽湖北部入江水道咽喉部的老爺廟處，枯水期跨湖距離在5km左右，離湖盆核心區(qū)較近。湖兩岸為海拔高度在20～100m間的低矮山丘，地形開闊，變化平緩，設(shè)置的跨河水準(zhǔn)點(diǎn)之間高差最大僅有十幾米，兩岸地貌形態(tài)基本相似。同時(shí)，湖兩岸跨河方向軸線上似大地水準(zhǔn)面變化光滑平緩，這些都為保障GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量精度提供了有利的前提條件。

跨河水準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)如圖2所示?？绾狱c(diǎn)B、C設(shè)在湖盆兩側(cè)近岸制高點(diǎn)上，枯水期離水面達(dá)20多米，B與C之間的距離4 899m；東岸非跨河點(diǎn)A1、A2與跨河點(diǎn)B之間的距離分別為4 913m和4 916m，A1、A2分布在跨河方向軸線兩側(cè)，垂距分別為41.6m和57.5m，基本對(duì)稱；西岸非跨河點(diǎn)D1、D2與跨河點(diǎn)C之間距離分別為4 861m和4 938m，D1、D2亦分布在跨河方向軸線兩側(cè)，垂距分別為114.0m和84.1m。

圖2 跨河水準(zhǔn)點(diǎn)分布及觀測(cè)網(wǎng)

為提高儀器對(duì)中和量高精度，并減弱風(fēng)力對(duì)觀測(cè)儀器的影響，跨河水準(zhǔn)點(diǎn)均埋設(shè)具有強(qiáng)制對(duì)中裝置的混凝土觀測(cè)墩。另外，在距跨河點(diǎn)200m左右處，各埋設(shè)了一座水準(zhǔn)標(biāo)石，以便在觀測(cè)期間進(jìn)行跨河點(diǎn)位的穩(wěn)定性檢測(cè)。

3 觀測(cè)及數(shù)據(jù)處理

2011－11至2012－01正遇鄱陽湖歷史上罕見的枯水期，標(biāo)石埋設(shè)進(jìn)入穩(wěn)定期后，采用4臺(tái)Trimble R8型雙頻GPS接收機(jī)觀測(cè)。GPS整網(wǎng)觀測(cè)前、后對(duì)同岸GPS跨河點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差進(jìn)行了聯(lián)測(cè)檢查，高差變化量均在2mm以下。同步觀測(cè)圖形均由同岸的3個(gè)跨河水準(zhǔn)點(diǎn)與另一岸的跨河點(diǎn)組成，并按照跨河距離整公里數(shù)的4倍確定最少觀測(cè)時(shí)段數(shù)?？紤]到既便于作業(yè)、減少調(diào)岸次數(shù)，又能均勻分布每個(gè)重復(fù)同步觀測(cè)圖形在各時(shí)間段中，采取每個(gè)同步圖形連續(xù)觀測(cè)10h作為一個(gè)大時(shí)段，然后，調(diào)岸觀測(cè)另一同步觀測(cè)圖形，這樣來回調(diào)岸3次，每個(gè)同步圖形完成2個(gè)不相連的大時(shí)段。室內(nèi)將大時(shí)段按120min時(shí)長(zhǎng)分解同步觀測(cè)時(shí)段總數(shù)20個(gè)，保證了每一個(gè)同步觀測(cè)圖形各基線邊有足夠時(shí)段的重復(fù)基線處理結(jié)果。

跨河水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志設(shè)在強(qiáng)制歸心裝置的上盤，方便用不銹鋼鋼板尺量取天線高。外業(yè)精確量取水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志至天線護(hù)圈中心的直高，內(nèi)業(yè)計(jì)算時(shí)根據(jù)儀器供應(yīng)商提供的參數(shù)，修正至天線座底部的直高。

為獲取高精度的站點(diǎn)WGS－84坐標(biāo)，將跨河水準(zhǔn)點(diǎn)納入到二等GPS平面控制網(wǎng)內(nèi)，與江西CORS站聯(lián)測(cè)?；€解算前，利用美國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與地殼形變觀測(cè)研究大學(xué)聯(lián)合體研制的GNSS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件TEQC進(jìn)行Rinex觀測(cè)數(shù)據(jù)的切割及質(zhì)量檢核，以2h為一單元，將連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)截?cái)嗖澐譃槎鄠€(gè)時(shí)段進(jìn)行基線解算，質(zhì)量檢核可以反映出GPS數(shù)據(jù)的電離層延遲、多路徑影響、接收機(jī)周跳、衛(wèi)星信號(hào)信噪比等信息。并從IGS官網(wǎng)上按GPS累積周查找到要下載的精密星歷文件igs？？？？？.sp3.z（igs為事后精密星歷，？？？？？前四位為GPS累積周，后一位為周幾，sp3為文件格式，z表示壓縮文件），作為基線解算的起始值。它是目前使用最廣泛的精密星歷，每隔15min給出衛(wèi)星在空間的三維坐標(biāo)、三維速度及鐘差改正等信息，通常延遲2～3周發(fā)布。

基線處理后，須對(duì)所有基線解算結(jié)果的質(zhì)量進(jìn)行同步環(huán)、異步環(huán)閉合差及重復(fù)基線長(zhǎng)度、大地高差互差的檢驗(yàn)，以及根據(jù)三維無約束平差后各基線向量改正數(shù)及其它精度信息，剔除含有粗差的基線。

同岸水準(zhǔn)點(diǎn)之間的正常高差使用DINI03數(shù)字水準(zhǔn)儀按一等水準(zhǔn)測(cè)量要求進(jìn)行聯(lián)測(cè)，并在高差觀測(cè)值中加入水準(zhǔn)標(biāo)尺長(zhǎng)度改正、水準(zhǔn)面不平行改正及重力異常改正等。

4 對(duì)跨河水準(zhǔn)測(cè)算結(jié)果的檢驗(yàn)分析

為檢驗(yàn)本次GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量的成果質(zhì)量及可靠性，采取多種手段進(jìn)行對(duì)比檢驗(yàn)。

1）對(duì)每一個(gè)非跨河點(diǎn)與最近跨河點(diǎn)計(jì)算出的每公里高程異常變化率α進(jìn)行比較，同岸較差最大為0.78mm/km，不同岸較差最大2.75mm/km。表明跨河方向軸線上高程異常變化很平緩，不符值遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的限差值。

2）在第1次跨河水準(zhǔn)觀測(cè)完成1個(gè)月后又進(jìn)行了第2次GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量，2次測(cè)算結(jié)果相差僅0.3mm。

3）利用近期完成的鄱陽湖湖區(qū)似大地水準(zhǔn)面精化成果內(nèi)插得到的跨河水準(zhǔn)點(diǎn)B、C之間的高程異常差與本次跨河測(cè)算結(jié)果不符值為12mm。

4）由東岸的二等國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)引測(cè)近百公里的二等水準(zhǔn)經(jīng)跨河水準(zhǔn)閉合到西岸的國(guó)家一等水準(zhǔn)點(diǎn)，其觀測(cè)高差與抄取的已知成果高差相差7.5mm。

經(jīng)以上結(jié)果對(duì)比分析，顯示本次GPS跨河水準(zhǔn)觀測(cè)成果不存在明顯的系統(tǒng)誤差或粗差，采取的技術(shù)措施合理可行。

5 結(jié)束語

GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)質(zhì)是通過精確推求的跨河點(diǎn)間的高程異常差Δξ，實(shí)現(xiàn)從大地高差ΔH到正常高差Δh的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。通過應(yīng)用GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨鄱陽湖高程基準(zhǔn)精確傳遞的實(shí)踐，得到如下幾點(diǎn)體會(huì)：

1）采用GPS技術(shù)進(jìn)行長(zhǎng)距離跨河水準(zhǔn)測(cè)量是一種新的嘗試，本次跨越鄱陽湖兩岸高程聯(lián)測(cè)的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到了國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求，其作業(yè)與數(shù)據(jù)處理方法可供今后類似工程借鑒。

2）注重跨河工作場(chǎng)地的選擇尤為重要，盡可能利用本地區(qū)已有的似大地水準(zhǔn)面精化成果分析，選擇兩岸大地水準(zhǔn)面具有相同的變化趨勢(shì)，且變化相對(duì)平緩的方向上布設(shè)跨河方向軸線?？绾铀疁?zhǔn)點(diǎn)應(yīng)全部建造成強(qiáng)制歸心觀測(cè)墩，并注意避開影響衛(wèi)星信號(hào)接收的強(qiáng)電磁場(chǎng)或高大樹木等障礙物。

3）GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)有足夠的觀測(cè)時(shí)段，將重復(fù)同步觀測(cè)圖形均勻分布于各時(shí)間段內(nèi)。

4）對(duì)于長(zhǎng)距離跨河，盡可能將跨河水準(zhǔn)點(diǎn)與本地區(qū)CORS站聯(lián)測(cè)并利用精密星歷進(jìn)行基線解算。

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