GPS高程異常在羅賽雷斯項(xiàng)目中的應(yīng)用

陶志華

(中國水利水電第七工程局有限公司海外事業(yè)部，四川成都 610081)

1 概述

羅賽雷斯大壩加高工程位于蘇丹共和國青尼羅河州羅賽雷斯鎮(zhèn)，大壩軸線全長27km，其中左右岸土石壩軸線長約26km，為平坦帶狀施工區(qū)域，平均基巖深度約25m。按照傳統(tǒng)深基巖水準(zhǔn)控制點(diǎn)的建造標(biāo)準(zhǔn)所需工期太長，成本太高。隨著GPS技術(shù)的廣泛運(yùn)用和普及，不僅提供了高精度的平面控制網(wǎng)，GPS高程精度也達(dá)到了毫米級(jí)。為了滿足土石壩施工規(guī)范對高程精度的要求，我們利用區(qū)域高程異常等值線和GPS大地高獲取區(qū)域點(diǎn)位的正常高，取得了較好的效果。

2 高程異常的原理

高程異常是指參考橢球面與似大地水準(zhǔn)面之間的距離，記為ξ。某點(diǎn)到參考橢球面的距離為大地高H，到似大地水準(zhǔn)面的距離為正常高h(yuǎn)。即:

在不考慮起算誤差和大陸架上升誤差的情況下，高程異常中的誤差mξ取決于GPS測得的大地高中的誤差mG和水準(zhǔn)測量中的誤差ms。

通過一系列控制點(diǎn)的高程異常值繪出該區(qū)域的高程異常等值線圖。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，點(diǎn)位的大地高H很容易得到，然后可以利用高程異常等值線圖精確求得某點(diǎn)高程異常ξ，之后即可輕易地求出正常高h(yuǎn)。正常高的精度主要取決于GPS大地高的精度和高程異常等值線圖的精度。

3 高程異常在羅賽雷斯項(xiàng)目中的應(yīng)用

3.1 加密控制點(diǎn)的布設(shè)

按照GPS選點(diǎn)的要求，加密控制點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源、高壓線等，避開多路徑效應(yīng)并保證衛(wèi)星截止高度角大于15°。控制點(diǎn)均勻布設(shè)于大壩上下游，平均間距1km。由于整個(gè)施工區(qū)域位于地質(zhì)環(huán)境不穩(wěn)定地區(qū)，且施工前期也不具備建造基巖GPS標(biāo)石的條件，故我們最終采用埋設(shè)普通標(biāo)石點(diǎn)以求得各控制點(diǎn)的高程異常并定期復(fù)測的方式維持加密控制網(wǎng)的準(zhǔn)確度。右岸加密控制網(wǎng)見圖1。

圖1 加密控制網(wǎng)(右岸)示意圖

3.2 控制點(diǎn)高程異常的獲取

控制網(wǎng)按C級(jí)GPS點(diǎn)的要求實(shí)施觀測，高程按二等水準(zhǔn)的主要技術(shù)要求實(shí)施測量。采用LGO商用專業(yè)軟件解算處理GPS觀測數(shù)據(jù)，控制網(wǎng)最弱點(diǎn)與大地高的誤差為5mm，每km水準(zhǔn)測量偶然中誤差和全中誤差分別為0.8mm和1.5 mm，故最弱點(diǎn)高程異常值的精度約為5mm?？刂泣c(diǎn)成果見表1。

3.3 繪制高程異常等值線

表1 控制點(diǎn)成果表

首先根據(jù)控制點(diǎn)坐標(biāo)繪制點(diǎn)位和高程異常值，然后合理構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)，最后利用三角網(wǎng)內(nèi)插形成高程異常等值線。等值線可以采用直線或樣條曲線的形式。該方法類似于地形圖的等高線繪制原理，因此通過常用地形圖軟件即可完成。為了在土石壩施工中更方便地利用等值線圖，可以把大壩軸線和樁號(hào)等輔助信息綜合在高程異常等值線圖中。高程異常等值線(右岸)見圖2。

圖2 高程異常等值線圖(右岸)

3.4 求取正常高

測區(qū)內(nèi)任意點(diǎn)可以根據(jù)GPS觀測獲得的點(diǎn)位和大地高，利用區(qū)域高程異常等值線圖內(nèi)插出已知點(diǎn)位的高程異常值，從而求出該點(diǎn)的正常高。由于該地區(qū)較為平坦，高程異常變化較小且比較均勻，因此，直接從高程異常等值線圖上讀取高程異常值就足以滿足土石壩的施工需要。

另外，在不定期進(jìn)行施工控制網(wǎng)復(fù)測時(shí)，只需使用GPS測得控制點(diǎn)的大地高，然后減去相應(yīng)的高程異常值即可。特別是雨季前后，由于控制點(diǎn)高程變化較大，變化幅度、速度和時(shí)間均極不均勻，幾乎每周都要復(fù)測部分控制點(diǎn)。而采用這種GPS高程異常的方法維持控制網(wǎng)的準(zhǔn)確性，其快速準(zhǔn)確的優(yōu)勢尤為明顯。

4 高程異常的應(yīng)用及說明

實(shí)踐得知，該方法復(fù)測控制點(diǎn)的正常高誤差小于1cm，在平坦和高程異常變化均勻的區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)點(diǎn)的正常高誤差均小于1.5cm，GPSRTK施工測量的高程精度約為2cm，滿足土石壩施工精度要求。

4.1 適用范圍

在水電工程建設(shè)中，對高程測量的精度要求較高并全部采用正常高系統(tǒng)。為了充分發(fā)揮GPS快速、精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)、無需通視的優(yōu)點(diǎn)，我們可以利用GPS高程異常等值線內(nèi)插、擬合得到點(diǎn)位的正常高。該方法特別適合于范圍較大、軸線較長、地勢較平坦的土石壩工程。

4.2 布網(wǎng)和施測說明

利用GPS高程異常法得到的正常高高程，其精度主要取決于高程異常值和GPS大地高的精度，因此，控制網(wǎng)點(diǎn)要求分布于施工區(qū)域的周邊和中部，點(diǎn)數(shù)和密度視區(qū)域大小和高程異常變化情況而定，山區(qū)控制點(diǎn)密度應(yīng)適當(dāng)加大，對地勢突變部位應(yīng)加測控制點(diǎn)。GPS控制點(diǎn)按D級(jí)點(diǎn)以上等級(jí)施測和解算，采用三等以上等級(jí)的幾何水準(zhǔn)方法聯(lián)測GPS控制點(diǎn)。在高程異常等值線圖確定的情況下，GPS高程的精度應(yīng)滿足施工需要和規(guī)范要求。

5 結(jié)語

通過GPS高程異常在長軸線土石壩施工中的應(yīng)用實(shí)踐，證實(shí)了采用GPS高程替代常規(guī)水準(zhǔn)和三角高程在土石壩施工中是可行的。特別是在帶狀分布的施工區(qū)域或者地質(zhì)條件不好的地區(qū)，施工加密控制網(wǎng)點(diǎn)可以按普通水準(zhǔn)標(biāo)石的標(biāo)準(zhǔn)建造，可大量節(jié)約成本和工期，也避免了對加密控制點(diǎn)的頻繁水準(zhǔn)復(fù)測，同時(shí)亦使GPS高程控制在長軸線土石壩的施工中得到廣泛應(yīng)用。

［1］董鴻聞，李國智，等.地理空間定位基準(zhǔn)及其應(yīng)用［M］.北京:測繪出版社，2004.

［2］區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化基本技術(shù)規(guī)定，GB/T23709－2009［S］.