GPS定位技術在池州大橋跨河水準測量上的運用探討

盛偉 張亮

摘 要：本文主要是以GPS定位技術在池州大橋跨河水準測量上的運用，表明該技術方法得到的結果能滿足精度要求和工程需要，為以后同類工程有一定的借鑒作用。

關鍵詞：正常高；大地高；高程異常；高出異常變化率

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）08-0130-02

1 引言

GPS定位技術在我國測繪領域中得到了廣泛的應用，GPS精密大地高測定精度可達到毫米級精度，這為采用精密GPS定位技術進行跨河水準測量具備了理論上的前提條件，于是一種基于高精度GPS相對定位和水準測量相結合的跨河高程傳遞技術——GPS水準方法受到人們的廣泛關注。GPS的定位精度與常規(guī)測量手段相比具有較強的優(yōu)越性，但由于我國目前采用的高程系統(tǒng)是與GPS大地高不同的正常高系統(tǒng)，是一個與似大地水準面為基準的物理量，而GPS測量所得到的大地高，是一個與參考橢球面有關的幾何量，兩者間的差值并非常數(shù)關系，不能嚴格精確轉換。但對于較長距離的高精度跨河高程傳遞，可以綜合考慮局部大地水準面的不規(guī)則性和相關性根據(jù)不同場地的具體情況制定有針對性的GPS跨河水準測量方案。

2 GPS跨河水準測量原理

GPS水準測量就是用高等級水準測量的方法測出GPS公共點的正常高，再計算出公共點的高程異常及高程異常變化率，然后通過建立函數(shù)擬合模型擬合出未知點的正常高。高程異常的擬合函數(shù)模型主要有線狀擬合函數(shù)模型、曲面擬合函數(shù)模型及重力場函數(shù)擬合模型。本文主要以線狀擬合函數(shù)模型為例來闡述GPS跨河水準的測量方法。

3 GPS水準測量方案設計

采用GPS測量法進行跨河水準測量時，應遵循以下要求：

（1）GPS跨河水準測量應選擇在地形較為平坦的平原、丘陵且河流兩岸地貌形態(tài)基本一致地區(qū)進行。海拔高程超過500m的地區(qū)，不宜進行GPS跨河水準測量。當跨河場地兩端高差變化超過70m/km的地區(qū)，不宜進行一等GPS跨河水準測量，超過130m/km的地區(qū)，不宜進行二等跨河水準測量。

（2）GPS水準點盡可能選于水準測線附近，并有利于進行GPS觀測及水準聯(lián)測。應避開土質松軟和強磁場地段，以及行人、車輛來往較多的場所。

（3）應分析已有的地形、重力和水準等與大地水準面相關的測量資料，選擇河流兩岸大地水準面具有相同的變化均勢，且變化相對平緩的方向上布設跨河路線。

（4）二等跨河水準測量中，非跨河點（A、D）宜位于跨河點（B、C）連線的延長線上，點間距大致與跨河距離相等，非跨河點偏離跨河方向軸線的垂距不得大于BC的1/25。如圖1。

（5）二等跨河水準測量中，非跨河點（A、D）宜位于跨河點（B、C）連線的延長線上，點間距大致與跨河距離相等，非跨河點偏離跨河方向軸線的垂距不得大于BC的1/25。

（6）當跨河距離小于2公里時，同一河岸非跨河點距跨河點的距離以2公里為宜。

4 GPS水準測量技術要求

GPS測量作業(yè)的基本技術要求如表1。

（1）觀測組必須接受統(tǒng)一指揮，在檢查接收機電源和天線等連接無誤后，方可同一時間開機。

（2）觀測前，及觀測過程中，應逐項填寫測量手簿中的各項信息。

（3）觀測中禁止任何人觸碰儀器，以防止被移動，防止人和其他物體遮擋衛(wèi)星信號。

（4）觀測前應及時的了解天氣情況，避開惡劣天氣。

（5）觀測時，天線整平對中誤差不得大于1mm，每時段觀測前后各量取天線高一次，兩次互差小于2mm，并取其平均值作為最后結果。雙時段觀測時第二時段儀器必須重新對中整平，重新量取天線高度。

（6）觀測過程中按規(guī)定填寫觀測手簿。包括：1）測站名、測站號。2）觀測日期、天氣、時段。3）開始、結束時間。4）接收機及天線類型、編號。5）天線相位中心至點位的直高等。

（7）二等規(guī)定的所有觀測時段應在48h內完成觀測。

5 GPS定位技術在池州大橋水準測量中的應用

池州大橋項目跨河水準測量，跨河長度為1724米，點位布置如圖2。

DQ7和DQ17分別是樅陽側和池州側非跨河水準點，QBM1和QBM2分別是樅陽側和池州側跨河水準點。其測量數(shù)據(jù)及計算過程如表2。

表中數(shù)據(jù)計算分析得出：

（1）樅陽側DQ7到QBM1的高程異常變化率為：-0.00210 4695m/km。（高程異常變化率=高差異常變化值/橢球距離；高差異常變化值=橢球高差-水準高差；橢球高差=QBM1的大地高程-DQ7的大地高程）；

（2）池州側QBM2到DQ17的高程異常變化率為：-0.0014 15929m/km。（高程異常變化率=高差異常變化值/橢球距離；高差異常變化值=橢球高差-水準高差；橢球高差=DQ17的大地高程QBM2的大地高程）；

（3）跨河處高程異常變化率為：-0.001760312m/km。（跨河處QBM1到QBM2高程異常變化率=（DQ7到QBM1的高程異常變化率+QBM2到DQ17的高程異常變化率）/2）；

（4）跨河處高程異常變化值為：-0.003034778m（跨河處QBM1到QBM2高程異常變化值=跨河處QBM1到QBM2高程異常變化率/跨河處QBM1到QBM2橢球距離）；

（5）QBM1與QBM2橢球高差值：-1.4281m（橢球高差=QBM1的大地高程-QBM2的大地高程）；

（6）QBM1與QBM2水準高差值：-1.425065222m；

（QBM1與QBM2水準高差值=跨河處QBM1到QBM2高程異常變化值+QBM1與QBM2橢球高差值）；

把QBM1與QBM2水準高差值歸到整個水準網(wǎng)中進行平差處理，整個處理結果能滿足二等水準的要求，說明該方法具有較高可行性。

6 結語

從本例看出GPS高程線性擬合精度主要取決于公共點的大地高、正常高測量精度，其次就是地形地勢的平坦程度。因此，在今后的同類跨河水準項目上，滿足精度要求的前提下，可以優(yōu)先考慮使用GPS跨河水準方法，這樣可以提高工作效率，節(jié)約成本。

參考文獻

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