GPS高程測量及在水利測繪工程中的應用

曹振華

摘 要：近幾年來，科學技術(shù)迅猛發(fā)展，GPS定位技術(shù)也越來越受到人們的重視，而GPS高程測量就是利用GPS全球定位系統(tǒng)的測量技術(shù)來直接測定地面點的高度或者間接確定地面點的高度來完成高程測量。如今，不受天氣、晝夜和氣候影響的高精度的GPS定位系統(tǒng)在軍事、地學研究等方面得到了廣泛的應用，更在水利測繪方面得到了廣泛的認可。但是GPS高程測量的精度由于一些因素的影響受到了一些質(zhì)疑。因此，為了使其能夠更好地為我國重要事業(yè)做出貢獻，對GPS的水準測量的深入研究勢在必行。

關(guān)鍵詞：GPS高程測量 水利測繪工程 誤差 測量精度

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）09（b）-0007-02

科學技術(shù)在21世紀得到了迅猛的發(fā)展，同時給國內(nèi)設計技術(shù)等方面帶來了不小的挑戰(zhàn)。在高程技術(shù)測量方面，傳統(tǒng)的控制測量方法已經(jīng)漸漸地被GPS高程測量所取代。因此，該文將主要聚焦兩大問題，分別是GPS高程測量技術(shù)及在水利測繪方面中的應用現(xiàn)狀及針對制約實際操作的因素給出建設性意見。說到GPS高程測量技術(shù)，就是利用此技術(shù)對地面進行三維定位，通過接收人造衛(wèi)星發(fā)出的電波和對電波的分析，測量出目標點的大地高、正常高和三維坐標值。和傳統(tǒng)的高程測量方法相比，GPS高程測量方法能使操作更便捷和節(jié)省時間。并且，在國內(nèi)外專家科研團隊的研究探討下，GPS高程測量技術(shù)的精度也有了明顯提高，所以此技術(shù)方法得到了廣大工作者的喜愛。

1 GPS高程測量及其在水利測繪方面應用的現(xiàn)狀

1.1 GPS高程測量的測量方法及誤差

單點定位是GPS高程測量的主要方法。與另外兩種操作方法相比來說，單點定位這種測量方法相對簡單。利用衛(wèi)星發(fā)出的電波計算出某一個點的三維坐標數(shù)據(jù)是單點定位的工作原理。一般情況下，4個以內(nèi)的衛(wèi)星信號可以被此方法接收并且加以分析，但是，此種測量方法的精度還不夠高。除了單點定位之外就是相對定位，相對定位包括動態(tài)測量、靜態(tài)測量和快速靜態(tài)測量3種。與靜態(tài)測量法的精度相比，動態(tài)測量還不如靜態(tài)測量。所以，從精度要求方面對比，靜態(tài)測量比較可靠。GPS高程測量的誤差主要有：接收線相關(guān)誤差、衛(wèi)星相關(guān)誤差和信號傳播相關(guān)誤差等。嚴重影響GPS測量精度的重要因素之一就是多路徑誤差，在測量中，目標測量對象范圍內(nèi)的其他區(qū)域也會反射衛(wèi)星信號，使測量值出現(xiàn)偏差。

1.2 GPS高程測量在水利測繪方面的應用

為水利工程建設服務的專門測量就是水利測繪工程，平面高程控制測量、縱橫斷面測量、定線放樣測量、地形測量和變形觀測等是水利工程測量的主要內(nèi)容。重力場模型內(nèi)插法的效果顯著高于傳統(tǒng)的高程測量方法，而且精度較高，所以此方法可以被廣泛地應用在水利測繪工程上。但是通過運用連續(xù)的數(shù)學曲面對大地水準面進行擬合的曲面擬合法卻不能滿足所有的測量要求。傳統(tǒng)的高程測量方法不可以實現(xiàn)單點測量，只能通過一個已知點的高程來測量目標點，并且工作量很大，但是GPS的高程測量方法卻可以，這大大提高了水利測繪工程的工作效率，并且節(jié)省了時間和人力。傳統(tǒng)的高程測量方法是通過人工利用三腳架來瞄準，再用人眼讀數(shù)的測量，我國國內(nèi)有研究者通過一組實驗比較了GPS高程測量與傳統(tǒng)測量方法測量出來的數(shù)據(jù)，實驗結(jié)果顯示，GPS高程測量方法準確度較高，并且比三腳架的傳統(tǒng)測量方法簡便很多。

1.3 GPS高程測量在水利測繪方面的誤差分析

眾所周知，大氣層的對流層在地面4 000 m以上的區(qū)域，GPS衛(wèi)星信號在通過對流層時會發(fā)生傳播路徑彎曲的現(xiàn)象，這時的測量距離就發(fā)生了偏差，這就是所說的流層折射誤差。電離層導致誤差存在的原理和對流層差不多，但是電離層比對流層高。對于衛(wèi)星相關(guān)的誤差，表現(xiàn)在衛(wèi)星星歷誤差，即衛(wèi)星的實際位置和星歷給出的衛(wèi)星所在位置間存在誤差。最后一種誤差的產(chǎn)生原因是由接收線造成的，這種誤差的原理是信號的方向和位置會影響天相相位中心的位置，觀測站中心位置與接收機天線線位中心間產(chǎn)生的誤差就是接收機位置的誤差。

2 GPS高程測量及將來會被更廣泛的應用原因

2.1 GPS高程測量的注意事項

對于GPS高程測量這個技術(shù)手段，在使用時，需要工作人員注意很多事項。觀測的時間段可以選取在一天的任何時候，但是在觀測過程中，如果出現(xiàn)天氣突變等情況應該立即放棄觀測，因為一個時間段內(nèi)，天氣情況的不穩(wěn)定會導致測量結(jié)果的不準確性增大。然后再在天氣情況合適的條件下，重新選取一個時間段進行觀測。如果觀測一定要在雷雨天氣下進行的話，在使用儀器測量時一定要防止雷電，避免雷擊給實驗帶來的誤差和經(jīng)濟損失。在觀測前，一定要對機器進行嚴格地對中與整平，并注意相關(guān)儀器和設備的操作方法和注意事項。采用光學對電器進行對中并采用垂球進行檢核，對中誤差應控制在2 mm以內(nèi)，天線定向標志線應指向正北。對于GPS高程測量使用的儀器，在使用之前，都應該進行儀器的檢定，在使用之后都應該進行儀器的維護。項目中所必需使用的GPS接收機及天線都必須按照相關(guān)規(guī)定對其進行觀測前和觀測后的檢驗。通過檢驗后符合要求的機器才能在機器的有效期內(nèi)進行使用。如果在使用有效期內(nèi)，出現(xiàn)了任何問題和故障，應該立即予以檢驗，以保證機器的壽命和觀測實驗的正常進行。

2.2 GPS高程測量在水利測繪方面的前景

就水利工程來講，大多建設在偏遠地區(qū)，交通自然不順暢，因為地形非常復雜，所以高程測量也就變得十分困難。與傳統(tǒng)的高程測量方法相比，GPS高程測量方法有很高的利用價值。GPS高程測量方法不需要通視、擁有較低的工作強度并且效率要比傳統(tǒng)方法高許多。通常對高程測量的要求是能夠達到四等及以下幾何水準，所以在這方面，GPS高程測量系統(tǒng)得到了廣泛認可與應用，因此可以將更大的精力和資金投入到GPS高程測量中，來為我國的技術(shù)領域特別是在水利工程方面做出更大的貢獻。任何事務都有兩面性，有優(yōu)點必然也有缺點的存在，和GPS高程測量所擁有的優(yōu)點及所帶來的便捷相比，GPS高程測量的缺點也就顯得微不足道了。但是大家不能被優(yōu)點和便捷遮住了雙眼，從而忽視缺點，而應該減少缺點給測量帶來的不利因素，更加地注重細節(jié)、完善每一個步驟，從而使測量變得更為準確。

2.3 根據(jù)誤差分析所給出的建設性意見

考慮到對流層和電離層折射所產(chǎn)生的誤差，為了減少這種測量距離造成的誤差，可以利用同步測量數(shù)據(jù)求差的方法，也可以在天線上安裝抑制板來抑制不需要的反射信號，采用同步觀測和雙頻觀測的方法可以減弱誤差的存在。對于相關(guān)衛(wèi)星產(chǎn)生的誤差，可以采用對同一個衛(wèi)星設置多個觀測站觀測的方法來減少誤差的產(chǎn)生，由此可知，相對論效應是接收機與衛(wèi)星中間在不同形態(tài)下產(chǎn)生的誤差。在實際觀測過程中，面對接收線的相關(guān)誤差，就要求工作人員要有信心，更要謹慎，以盡量減少或者避免誤差。

3 結(jié)語

通過比較與論述，可以了解到GPS高程測量方法有著精度高、操作方法便捷等一系列的優(yōu)點，并且能達到山區(qū)四等水準要求，因此可以判斷出GPS會為將來的水利測繪方面做出更大的貢獻。因為應用越來越廣泛、技術(shù)越來越熟練，所以在基線的數(shù)據(jù)處理上更應該細心與認真，以保證參加高程控制擬合計算的基線全部通過兩個重要的專業(yè)實驗。隨著GPS高程測量的普及與廣泛應用，可以看出此方法的應用前景非常好，但是不要忘了，時代的腳步在不停地向前，科學技術(shù)也在不斷發(fā)展，這就要求大家不應該滿足于現(xiàn)狀，應該不斷地區(qū)去探索與創(chuàng)新，讓我國的高程測量技術(shù)更上一層樓。

參考文獻

[1] 楊愛明.水利水電測繪科技論文集[M].湖北：長江出版社，

2003.

[2] 徐紹銓.GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢大學出版社，

2002.