淺析GPS跨河水準(zhǔn)測量

楊曉東

摘 要：伴隨我們國家社會經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，非常多擬建的與已經(jīng)在建的特大規(guī)模的橋梁所跨過的水面寬度日益提升，傳統(tǒng)形式的測量方法難以適應(yīng)時代不斷發(fā)展的需求，所需要的費(fèi)用不斷增多。GPS技術(shù)具備較強(qiáng)的三維定位功能，憑借自身所具有的全天候、迅速測量的特征，為跨河水準(zhǔn)測量提供了一種全新的測量方式。本文就GPS跨河水準(zhǔn)測量技術(shù)進(jìn)行簡單的分析。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；跨河水準(zhǔn)測量

1 前言

伴隨GPS裝置以及數(shù)據(jù)分析技術(shù)的不斷創(chuàng)新，GPS技術(shù)在跨河水準(zhǔn)測量層面，與傳統(tǒng)形式的測量對比而言，具備顯著的效率與技術(shù)優(yōu)勢。GPS技術(shù)在具體的測量環(huán)節(jié)憑借全天候、較高的精準(zhǔn)度、即時和高效、便于操作、同時能夠提供國際通用的三維地心坐標(biāo)、廣泛的用途等特征所聞名，其在國家大地調(diào)控測量、工程測量以及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測等層面已經(jīng)獲得了大量的運(yùn)用。當(dāng)前，除了美國的GPS系統(tǒng)以外，俄羅斯的G LONASS、歐盟的GALILEO、中國的北斗衛(wèi)星系統(tǒng)等等都已經(jīng)處在正常工作狀態(tài)，日后多體系結(jié)合定位將會是未來衛(wèi)星定位技術(shù)日益進(jìn)步的必然，其對于增強(qiáng)定位測量的精準(zhǔn)程度、效率及可靠性等有著非常重要的作用。

2 GPS水準(zhǔn)測量的原理

GPS水準(zhǔn)測量所指的是在較小范疇的GPS網(wǎng)里面，采取水準(zhǔn)測量的形式聯(lián)合檢測網(wǎng)里面大量GPS點的正常高，此點被稱之為公共點，其次按照公共點的正常高與大地高對所有公共點的高程異常進(jìn)行計算，按照公共點的平面坐標(biāo)與高程異常數(shù)值擬合運(yùn)算形式，擬合出所有GPS點對應(yīng)的正常高。其方法主要有：加權(quán)平均、最小二乘推估以及多面函數(shù)擬合等等。但是，從跨河水準(zhǔn)測量層面而言，上述方式均難以執(zhí)行。所以，運(yùn)用GPS水準(zhǔn)測量針對跨河水準(zhǔn)進(jìn)行測量，其重點計算的便是高程異常的改變率，其工作機(jī)理如下：在跨河點連線兩側(cè)的延長線中分別設(shè)立兩個不同的非跨河點，按照GPS數(shù)據(jù)計算所獲得的WGS-84大地高差和水準(zhǔn)正常高差計算出河兩側(cè)的高程異常的改變率，從而能夠得到跨河邊的高差。

3 GPS跨河水準(zhǔn)測量的方法

3.1 點位布設(shè)

GPS跨河水準(zhǔn)測量所選取的最佳地形是相對平坦的丘陵、平原同時河流兩側(cè)的地貌外形相類似的區(qū)域?qū)嵤?。為了能夠得到平穩(wěn)的高程異常改變率，GPS跨河水準(zhǔn)的路線需要布設(shè)為直伸的形狀，非跨河點需要設(shè)立在跨河點連線的延長線之中，同時所有點之間的距離需要和跨河距離相同。因為點位、地形環(huán)境等約束無法達(dá)到需求之中，能夠運(yùn)用其他的布設(shè)形式，河流相同一側(cè)的非跨河點能夠在相同點位周圍設(shè)立，然而點位的區(qū)域需要處在沿跨河同軸線之中又或是在兩旁并且相互對稱。所以，運(yùn)用GPS測量法實施跨河水準(zhǔn)測量的時候，GPS水準(zhǔn)點需要盡量的選取在水準(zhǔn)測線的周圍，同時有助于實施水準(zhǔn)連測和GPS觀測。需要遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場與土質(zhì)松軟的區(qū)域，及車輛、行人來往頻繁等地區(qū)。需要研究目前所具備的水準(zhǔn)、地形以及重力等和大地水準(zhǔn)面有關(guān)的測量材料，選取河流兩側(cè)大地水準(zhǔn)面具備同等變化態(tài)勢，同時改變較為舒緩的方向中設(shè)立跨河路線。

3.2 觀測注意事項

運(yùn)用GPS測量方式實施跨河水準(zhǔn)測量的時候，觀測小組需要全面遵循調(diào)度指令，根據(jù)所限定的時間完成工作。在經(jīng)過對接收機(jī)電源電纜與天線等鏈接進(jìn)行檢查正常以后，才能夠開機(jī)。在觀測之前以及具體的觀測環(huán)節(jié)，需要逐一填寫所有的數(shù)據(jù)信息。在每個階段的開始以及終止之時，都需要登記具體的天氣情況、即時的經(jīng)緯度等其它相關(guān)的信息。觀測環(huán)節(jié)不能夠?qū)嵤┫率霾僮鳎宏P(guān)機(jī)重新開啟（不包括排除故障）；轉(zhuǎn)變衛(wèi)星截止的高度角；變化數(shù)據(jù)收集的間隔；調(diào)整天線所處的具體位置；觀測環(huán)節(jié)需要避免設(shè)備發(fā)生移動又或是震動等，避免人與其它物體對衛(wèi)星信號產(chǎn)生干擾。在遭遇風(fēng)暴、雷電天氣的時候，需要停止觀測。觀測環(huán)節(jié)需要維持接收機(jī)數(shù)據(jù)保存的穩(wěn)定工作，在每個工作日完成觀測以后需要即時把數(shù)據(jù)粗存到數(shù)據(jù)存儲器之中。在對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)存之時，不得實施修改、刪除以及編輯等。

3.3 數(shù)據(jù)處理

GPS控制網(wǎng)解算運(yùn)用制造商所提供的基線解算軟件與網(wǎng)平差軟件TrimbleTGO1.63版本，在計算機(jī)中解算基線?；€解算符合要求之后首先需要在WGS-84坐標(biāo)的基準(zhǔn)下實施無約束自由網(wǎng)平差，去除那些不達(dá)標(biāo)的基線，剔除率需低于10%。無約束自由網(wǎng)平差數(shù)據(jù)的大地高用于GPS跨河法觀測計算。

4 GPS跨河水準(zhǔn)測量的誤差分析

對于GPS跨河水準(zhǔn)測量產(chǎn)生影響的要素主要有以下三種：星歷誤差、對流層折射影響以及其它影響要素。

星歷誤差所代表的是衛(wèi)星星歷所提供的衛(wèi)星空間位置和衛(wèi)星具體位置間之間的差異。其是一個起始型的數(shù)據(jù)誤差，其大小是由衛(wèi)星跟蹤站的數(shù)據(jù)以及空間布局、觀測值的數(shù)目以及精準(zhǔn)程度、軌道計算之時所運(yùn)用的軌道模型以及定軌軟件的完整度等所決定的。

對流層折射影響所代表的是GPS信號經(jīng)過平流層與對流層交界的時候，其傳遞的速率將會出現(xiàn)改變，傳遞的路徑將出現(xiàn)彎曲，所以會導(dǎo)致測量誤差。其它影響要素所造成的影響涵蓋了基線的長度、垂直精度因子、天線高的量取、多個路徑等等。除此之外，考慮到GPS高程轉(zhuǎn)變往往會運(yùn)用到的三個量為GPS所測量得到的相對參考橢球的大地高、經(jīng)過重力測量等方式所獲得的地球重力場模型、以及幾何水準(zhǔn)測量所獲得的相對似大地水準(zhǔn)面的正常高等。因此對GPS水準(zhǔn)測量的誤差源進(jìn)行分析，便需要將對于正常高、大地高以及地球重力場模型的精準(zhǔn)度造成影響的因素及其綜合作用完全考慮進(jìn)去。

5 結(jié)語

運(yùn)用GPS水準(zhǔn)測量實施跨河測量，在按照跨河現(xiàn)場的實際狀況運(yùn)用科學(xué)的擬合模型為基礎(chǔ)，完全能夠?qū)崿F(xiàn)同時高于傳統(tǒng)跨河水準(zhǔn)測量形式的精準(zhǔn)度。因為GPS水準(zhǔn)測量具備費(fèi)用低廉、不遭受通視環(huán)境約束以及較高的效率等優(yōu)勢，所以其具備非常高的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性，此形式在后期的精密高程測量之中將會有更加廣泛的發(fā)展前景。

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