GPS在防波堤施工水下地形測量中的應用分析

【摘 要】介紹了地形測量的方法，探討了應用過程中GPS技術的優點、施測的作業方法，結合 GPS 水下地形測量的經驗，分析了在應用無驗潮模式下 GPS 水下地形測量技術上存在的不足，從測量制度、質量監控、測量選擇、測量規定等方面探討了改進的途徑，提出了建設性意見。

【關鍵詞】GPS；地形測量；控制測量；碎部測量

地形測量指的是測繪地形圖的作業，即對地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程進行測定，并按一定比例縮小，用符號和注記繪制成地形圖的工作。地形測量包括控制測量和碎部測量兩個部分?？刂茰y量是測定一定數量的平面和高程控制點，為地形測圖做依據。而碎部測量是測繪地物地貌的作業。

地物特征點、地形特征點統稱為碎部點。

1、地形測量的方法

按所用儀器不同，有平板儀測圖法、經緯儀和小平板儀聯合測圖法、經緯儀（配合輕便展點工具）測圖法及GPS數據采集法等。

2、GPS技術

GPS技術是美軍于20世紀70年代初在“子午儀衛星導航定位”

技術上發展起來的具有全球性、全能性（陸、海洋、航空與航天）、全天候性優勢的導航、定位、定時、測速系統。隨著GPS技術的進一步成熟，GPS系統廣泛地應用于民用領域，并日益發揮了其卓越的技術優勢。GPS系統包括3部分：空間部分-GPS衛星星座；地面控制部分-地面監控系統；用戶設備部分-GPS信號接收機。GPS技術目前用于測繪方面的主要有動態和靜態兩種。

3、GPS技術的應用優點

1）可操作性強。不需要固定多的人員參與，在人員少的時候，也可以進行作業。

2）測量范圍廣。GPS技術測量范圍可以很大?？砂葱枰荚O控制網，簡化加密級別，省去聯測過渡點。

3）測量精度高。國內的儀器作業精度可達（1—2）×10-6mm，國外可達0.1×10-6mm，可建立比常規測量精度更高的控制網。

4）各個聯測點之間不要求通視，不必建造高規標。

5）觀測自動化程度高。外業用電鈕操作，內業用計算機處理數據，作業時間短，效率高。

6）不受時間限制，可24 h作業。

4、GPS技術在地形測量中的實踐

應用GPS技術在地形測量中，不一定要遵守先控制、后測圖的原則，控制測量、碎部測圖可以同時進行，甚至可以先測圖后控制，只是后者需將碎部成圖，以控制點為基準借助成圖軟件進行測站糾正。

4.1測量工序

地形測量的工序主要分為2個環節：一是控制測量與計算機輔助平差計算；二是碎部數據采集與軟件編圖成圖。

4.2測量方法

控制測量：一般可選用靜態GPS作基本控制導線（網）。

為滿足測區地形圖測量的需要，測區利用國家等級控制點為起始點，發展一個E級GPS控制網作為該礦區的首級控制。外業觀測采用GPS接收機以快速靜態模式進行同步觀測。觀測時精確量取天線高度2次，讀數較差在3 mm以內取中數記入接收機內，正確輸入測站名稱及年月日，每天觀測結束后，及時將數據下載到計算機，對觀測數據進行處理，符合有關規定，即可進行GPS網的平差計算工作。

GPS網的平差計算采用隨機軟件進行平差計算。

觀測數據導入后，進行各觀測邊的基線處理，在所有基線的整周模糊度分解數都大于3后，通過GPS網平差設置，選擇其三維無約束平差進行平差，平差后其平面坐標和高程精度為：最弱點點位中誤差Dx=0.001 8 m，Dy=0.005 5 m，Dz=0.003 5，最弱邊相對中誤差1/423 923，允許1/20 000，滿足了規范所規定的要求。

5、應用分析

5.1測定水面高程

由于水面高程是決定GPS測深結果的重要因素，因此，在開始測量前需要測定水面高程。從方便測量角度而言，水面高可以采用對中桿加移動臺的方法來測量，然而會對精度造成損失。影響因素一是GPS測高程的精度往往在幾個cm左右；二是海面一直在運動，即使在海況良好的情況下，也很難保證測得的水面高是真實的。在某防波堤工程實例中，曾經間隔5 min測量2次水面高程，第1次在1個已知點附近，實測水面高程為0.77 m，但此處風浪較大；第2次在水尺附近，風浪很小，實測水面高程為0.88 m；而根據水尺記錄的水位實際為0.82 m。

5.2 GPS無驗潮的可靠性

在防波堤工程中，經常會遇到控制點少，且控制點的網形不理想的情況。在平直海岸，由于控制點近乎成直線分布，對測量定位的精度保證很不利，因此應當作適當的校核。胡志渠、張發棟等給出了繪制水位曲線的方法來進行驗證，實際回到了驗潮測量的方法上。在有條件時，可以在海上建測量平臺；如果工程較小，測量平臺費用很高，則可在岸邊水位變化區設置簡易已知點，供檢查校核GPS之用。

5.3要嚴格執行測量規定

大家都已經熟知無規矩不成方圓這一個普遍的道理，GPS水下地形測量工作必須要遵循這一重要原則。我們要嚴格地執行GPS水下地形測量合同的文件和標準，并且要按照GPS水下地形測量技術規范進行測量工作。要想保證GPS水下地形測量的質量，我們必須要認真、科學地測量和管理，規范GPS水下地形測量技術，嚴格控制GPS水下地形測量的質量。任何一個GPS水下地形測量在實施之前都必須要進行認真、全面地調查，制定出一份詳細的GPS水下地形測量設計方案，更何況是在無驗潮模式下的測量。我們應在做好相關的審查工作以后，再進行GPS水下地形測量。在測量的過程中，必須要有一個很高的標準和要求，根據相關的GPS水下地形測量標準來進行，不能不經過相關人員的同意就對GPS水下地形測量方案進行更改。

6、結語

GPS技術應用于防波堤施工水下地形測量，從測量精度上基本可以滿足規范的要求。但由于防波堤水下施工經常包含大量水下挖泥、炸礁、回填等土石方工程，即便是0.05m的測量誤差，也可能產生數十萬的費用。因此，在實際應用中還應盡量與驗潮方式配合使用，使2種作業方式相互參考。

GPS測量使用的設備比較多，異地施工時，過多的設備攜帶很不方便，特別是基準站架設時需要天線和電臺，使用起來還顯繁瑣；而且有些防波堤施工現場的控制點比較少，或者控制點的精度不高，都可能限制測量結果的精度。應用ContinuousOperation alReferenceSystem（連續運行衛星定位服務綜合系統），可以很好地彌補常規GPS的不足。其優點是：初始化時間短，幾分鐘即可完成；差分工作范圍大，突破了數據鏈傳輸距離的限制；采用連續基站，隨時可以觀測，使用方便；擁有完善的數據監控系統，可以有效地消除系統誤差和周跳，增強差分作業的可靠性；不需架設基準站，可實現單機作業；提供的數據精度均勻，適合防波堤工程水下施工定位工作。

參考文獻：

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