GPS高程測量及在水利測繪工程中的應(yīng)用

1、    gps高程測量及在水利測繪工程中的應(yīng)用    李代敏 吳德品摘要：21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展給國內(nèi)設(shè)計(jì)技術(shù)各方面帶來了沖擊。在高程測量技術(shù)方面，gps高程測量已經(jīng)漸漸地取代了傳統(tǒng)的控制測量方法。本文將介紹gps高程測量的應(yīng)用以及測量方法，簡要說明gps高程測量在水利測繪工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀以及實(shí)際操作中的制約因素，并提出措施建議。針對gps測量的誤差，對提高其精度測量方面提出幾點(diǎn)建議。并普及一下gps相關(guān)的理論基礎(chǔ)知識(shí)。關(guān)鍵詞：gps高程測量 科學(xué)技術(shù)控制測量方法測量技術(shù)引言：gps即全球定位系統(tǒng)【1】，高程測量技術(shù)就是利用gsp技術(shù)對地面進(jìn)行三位定

2、位，接收地球上人造衛(wèi)星發(fā)射出的電波，經(jīng)過對電波的分析解讀之后，測量出目標(biāo)地點(diǎn)的大地高、正常高以及三維坐標(biāo)值。大地高是可以直接測量得出的，正常高要運(yùn)用水準(zhǔn)測量方法測量得出，分別精確程度已達(dá)到厘米。相比較傳統(tǒng)的高程測量法，gps高程測量在操作上更加便捷了，且省時(shí)省力。在精度要求方面，隨著國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)對gps精度的不斷探討其精度也有了明顯的提高。而且此種測量方法幾乎不受天氣的限值，因此目前應(yīng)用廣泛且深受喜愛。1. gps高程測量的工作原理利用gps技術(shù)，【2】首先測量所有目標(biāo)測量區(qū)域內(nèi)的gps的大地高（用e表示），為滿足高程擬合的要求，再用水準(zhǔn)測量方法測量出目標(biāo)測量區(qū)域內(nèi)gps點(diǎn)的正常高（用d表示

3、）。得出gps點(diǎn)的大地高和正常高之后，即可計(jì)算出gps點(diǎn)的高程差異（用q表示），高程差異q=e-d。完成這一切操作之后，運(yùn)用曲面擬合和平面擬合得出目標(biāo)測量區(qū)域內(nèi)其他gps點(diǎn)的正常高。1.1gps的幾項(xiàng)參考數(shù)值大地高即沒有明確的物理學(xué)意義。大地高是地面點(diǎn)所形成的橢圓的法線到參考橢圓間的距離。正高不同于正常高，正高是地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面間的垂直距離。正常高是地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面間的垂直距離。高程差異是大地水準(zhǔn)面與參考橢圓間的距離，2.gps的測量方法及測量數(shù)據(jù)gps的測量方法【3】。gps的測量方法最主要的是單點(diǎn)定位。此種測量方法相對于另外兩種操作方法而言相對簡單，此方法的工作原理是利用衛(wèi)星發(fā)出的電波

4、計(jì)算出某一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。通常情況下，單點(diǎn)定位測量方法能夠接收四個(gè)以內(nèi)的衛(wèi)星的信號并作出分析。但是此種測量方法的缺陷是因?yàn)槠淅玫氖墙邮站€或天線來確定三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的，因此，該種測量方法在精度要求方面還不夠，測量定位時(shí)最好不能用單點(diǎn)定位。其次是相對定位。相對定位包含有：動(dòng)態(tài)側(cè)量、快速靜態(tài)測量和靜態(tài)測量三種。動(dòng)態(tài)測量的操作方法是在測定的區(qū)域選擇一個(gè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，利用天線和接收機(jī)跟蹤可見衛(wèi)星，相比較于靜態(tài)測量法，動(dòng)態(tài)測量法的精度還達(dá)不到靜態(tài)測量?？焖凫o態(tài)測量的操作方法是需要首先選擇一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，保持一臺(tái)接收機(jī)在原控制點(diǎn)的基準(zhǔn)上保持不變，其他幾臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行觀測。靜態(tài)測量是的操作方法是在多天基準(zhǔn)線上的

5、兩端放置兩臺(tái)以上的天線和接收機(jī)，接受和分析衛(wèi)星信號。此種測量方法在精度要求方面比較可靠。最后一種是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量。gps的測量數(shù)據(jù)處理【4】。測量數(shù)據(jù)處理主要是包含有兩個(gè)方面的內(nèi)容：數(shù)據(jù)的預(yù)處理和gps網(wǎng)的平差處理。數(shù)據(jù)的預(yù)處理的目的是通過對原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和整理，獲得gps的觀測基線向量，整個(gè)過程是為下一步計(jì)算平差而準(zhǔn)備的。gps網(wǎng)的平差處理的操作原理是利用一個(gè)點(diǎn)為三維坐標(biāo)點(diǎn)，一次進(jìn)行g(shù)ps網(wǎng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與平差處理。3.gps測量的誤差分析gps測量的誤差【5】主要是從以下幾個(gè)方面來考慮的：信號傳播相關(guān)的誤差、衛(wèi)星相關(guān)的誤差、接收線相關(guān)的誤差等。眾所周知，地面40km以上的區(qū)域?qū)儆诖髿鈱拥膶α鲗樱琯

6、ps信號在通過對流層時(shí)發(fā)生的傳播路徑的彎曲，這就使測量的距離發(fā)生了偏差，這就是流層折射誤差?？梢岳猛綔y量數(shù)據(jù)求差已減弱測量距離造成的誤差。多路徑誤差是嚴(yán)重影響gps測量精度的重要因素之一，在測量中，目標(biāo)測量對象內(nèi)的其他區(qū)域會(huì)反射衛(wèi)星信號，使其測量值偏差。可以在天線上安裝抑徑板以抑制不需要的反射信號。電離層是距地面501000km的區(qū)域，和流層折射的發(fā)生原理一樣，gps信號在經(jīng)過電離層的時(shí)候會(huì)發(fā)生的信號路徑彎曲，從而產(chǎn)生電離層折射誤差，這就是電離層的折射誤差。同步觀測和雙頻觀測可以減弱誤差。衛(wèi)星相關(guān)的誤差體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：衛(wèi)星的位置與實(shí)際位置間的誤差即衛(wèi)星星歷誤差?？梢詫ν恍l(wèi)星設(shè)置多個(gè)觀

7、測站觀測。相對論效應(yīng)是接收鐘機(jī)與衛(wèi)星鐘間在不同形態(tài)下產(chǎn)生的誤差?？梢员３纸邮茜姍C(jī)和衛(wèi)星鐘的相對獨(dú)立。接收線相關(guān)的誤差體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：在實(shí)際觀測過程中，天線相位中心的位置會(huì)受到信號的方向和位置的影響，這就會(huì)產(chǎn)生天線中心位置的誤差。接收機(jī)天線線位中心與觀測站中心位置間產(chǎn)生的誤差即接收機(jī)位置的誤差。這就要求操作人員在實(shí)際觀測過程中要謹(jǐn)慎、信心，減少或避免誤差。接收機(jī)鐘誤差是石英鐘、衛(wèi)星鐘、接收機(jī)鐘三者之間的誤差。4.gps高程測量在水利測繪工程中的應(yīng)用綜上所述，我們大概了解了gps高程測量的工作原理以及相關(guān)的幾項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)。對gps高程測量的測量方法也有所了解。近幾年來gps高程測量技術(shù)在水利工程

8、中的大力應(yīng)用，迫使科學(xué)家和水利工程事業(yè)的工作者越來越開始關(guān)注gps高程測量的精度問題。上文已經(jīng)對從各個(gè)方面對其測量過程前后產(chǎn)生的誤差作出了分析，下文將針對其誤差的產(chǎn)生針對性的提出建議，希望能夠促進(jìn)我國水利事業(yè)測量技術(shù)的發(fā)展。傳統(tǒng)的高程測量實(shí)際應(yīng)用中與會(huì)存在各種各樣的問題?！?】水利測繪的測量中，由于修建水利工程的地方大多有地勢偏僻、地形復(fù)雜、交通不便、路線崎嶇等特點(diǎn)，實(shí)際操作中其傳統(tǒng)的測量方法運(yùn)用起來還是比較困難的。gps高程測量技術(shù)應(yīng)用到水利測繪工程中，省時(shí)省力、無需通視、效率較高。針對gps高程測量在水利工程中的應(yīng)用，筆者對提高gps在水利工程中的應(yīng)用和減少誤差方面提出幾點(diǎn)建設(shè)性的建議【7

9、】：1）gps的高程測量在實(shí)際測量過程中要以高精度基準(zhǔn)網(wǎng)為參考標(biāo)準(zhǔn)；2）在設(shè)的使用上，建議使用雙頻且型號相同的gps接收機(jī)，3）盡可能多的增加多余觀測，可以減弱測試的模糊度。4）提高大地差的測量精度，要做好衛(wèi)星預(yù)報(bào)工作，設(shè)計(jì)合理的gps網(wǎng)，測量時(shí)要考慮目標(biāo)觀測區(qū)域內(nèi)的周圍環(huán)境5）提高擬合計(jì)算和連測幾何水準(zhǔn)的精度。參考文獻(xiàn)：1 劉斌,王尊,謝紅,胡卓瑋,于小平,楊國東,徐杰,畢強(qiáng). 基于arcsde的水利測繪數(shù)據(jù)管理方法的探討j. 東北水利水電, 2005, (07) .2 張高興,李忠金. gps結(jié)合全站儀在礦山地面控制測量中的應(yīng)用j. 礦業(yè)工程, 2006,(05) .3 程叢順, 朱保平, 祁洪山. 特殊困難地區(qū)全站儀三角高程測量之實(shí)踐j. 淮海工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009, (s1)4 方允治,趙文聚,仲魯. gps和全站儀在山區(qū)高程控制測量中的應(yīng)用j. 山東交通學(xué)院學(xué)報(bào), 2009,(03) .5 齊顯峰, 周巍, 崔吉春. egm2008重力場模型計(jì)算中國地區(qū)垂線偏差分析j. 測繪技術(shù)裝備, 2011, (01)6 束蟬方, 李