GPS高程異常在羅賽雷斯項目中的應用

陶志華

(中國水利水電第七工程局有限公司海外事業部，四川成都 610081)

1 概述

羅賽雷斯大壩加高工程位于蘇丹共和國青尼羅河州羅賽雷斯鎮，大壩軸線全長27km，其中左右岸土石壩軸線長約26km，為平坦帶狀施工區域，平均基巖深度約25m。按照傳統深基巖水準控制點的建造標準所需工期太長，成本太高。隨著GPS技術的廣泛運用和普及，不僅提供了高精度的平面控制網，GPS高程精度也達到了毫米級。為了滿足土石壩施工規范對高程精度的要求，我們利用區域高程異常等值線和GPS大地高獲取區域點位的正常高，取得了較好的效果。

2 高程異常的原理

高程異常是指參考橢球面與似大地水準面之間的距離，記為ξ。某點到參考橢球面的距離為大地高H，到似大地水準面的距離為正常高h。即:

在不考慮起算誤差和大陸架上升誤差的情況下，高程異常中的誤差mξ取決于GPS測得的大地高中的誤差mG和水準測量中的誤差ms。

通過一系列控制點的高程異常值繪出該區域的高程異常等值線圖。隨著GPS技術的發展，點位的大地高H很容易得到，然后可以利用高程異常等值線圖精確求得某點高程異常ξ，之后即可輕易地求出正常高h。正常高的精度主要取決于GPS大地高的精度和高程異常等值線圖的精度。

3 高程異常在羅賽雷斯項目中的應用

3.1 加密控制點的布設

按照GPS選點的要求，加密控制點的布設應遠離大功率無線電發射源、高壓線等，避開多路徑效應并保證衛星截止高度角大于15°。控制點均勻布設于大壩上下游，平均間距1km。由于整個施工區域位于地質環境不穩定地區，且施工前期也不具備建造基巖GPS標石的條件，故我們最終采用埋設普通標石點以求得各控制點的高程異常并定期復測的方式維持加密控制網的準確度。右岸加密控制網見圖1。

圖1 加密控制網(右岸)示意圖

3.2 控制點高程異常的獲取

控制網按C級GPS點的要求實施觀測，高程按二等水準的主要技術要求實施測量。采用LGO商用專業軟件解算處理GPS觀測數據，控制網最弱點與大地高的誤差為5mm，每km水準測量偶然中誤差和全中誤差分別為0.8mm和1.5 mm，故最弱點高程異常值的精度約為5mm。控制點成果見表1。

3.3 繪制高程異常等值線

表1 控制點成果表

首先根據控制點坐標繪制點位和高程異常值，然后合理構建不規則三角網，最后利用三角網內插形成高程異常等值線。等值線可以采用直線或樣條曲線的形式。該方法類似于地形圖的等高線繪制原理，因此通過常用地形圖軟件即可完成。為了在土石壩施工中更方便地利用等值線圖，可以把大壩軸線和樁號等輔助信息綜合在高程異常等值線圖中。高程異常等值線(右岸)見圖2。

圖2 高程異常等值線圖(右岸)

3.4 求取正常高

測區內任意點可以根據GPS觀測獲得的點位和大地高，利用區域高程異常等值線圖內插出已知點位的高程異常值，從而求出該點的正常高。由于該地區較為平坦，高程異常變化較小且比較均勻，因此，直接從高程異常等值線圖上讀取高程異常值就足以滿足土石壩的施工需要。

另外，在不定期進行施工控制網復測時，只需使用GPS測得控制點的大地高，然后減去相應的高程異常值即可。特別是雨季前后，由于控制點高程變化較大，變化幅度、速度和時間均極不均勻，幾乎每周都要復測部分控制點。而采用這種GPS高程異常的方法維持控制網的準確性，其快速準確的優勢尤為明顯。

4 高程異常的應用及說明

實踐得知，該方法復測控制點的正常高誤差小于1cm，在平坦和高程異常變化均勻的區域內，隨機點的正常高誤差均小于1.5cm，GPSRTK施工測量的高程精度約為2cm，滿足土石壩施工精度要求。

4.1 適用范圍

在水電工程建設中，對高程測量的精度要求較高并全部采用正常高系統。為了充分發揮GPS快速、精準、實時、無需通視的優點，我們可以利用GPS高程異常等值線內插、擬合得到點位的正常高。該方法特別適合于范圍較大、軸線較長、地勢較平坦的土石壩工程。

4.2 布網和施測說明

利用GPS高程異常法得到的正常高高程，其精度主要取決于高程異常值和GPS大地高的精度，因此，控制網點要求分布于施工區域的周邊和中部，點數和密度視區域大小和高程異常變化情況而定，山區控制點密度應適當加大，對地勢突變部位應加測控制點。GPS控制點按D級點以上等級施測和解算，采用三等以上等級的幾何水準方法聯測GPS控制點。在高程異常等值線圖確定的情況下，GPS高程的精度應滿足施工需要和規范要求。

5 結語

通過GPS高程異常在長軸線土石壩施工中的應用實踐，證實了采用GPS高程替代常規水準和三角高程在土石壩施工中是可行的。特別是在帶狀分布的施工區域或者地質條件不好的地區，施工加密控制網點可以按普通水準標石的標準建造，可大量節約成本和工期，也避免了對加密控制點的頻繁水準復測，同時亦使GPS高程控制在長軸線土石壩的施工中得到廣泛應用。

［1］董鴻聞，李國智，等.地理空間定位基準及其應用［M］.北京:測繪出版社，2004.

［2］區域似大地水準面精化基本技術規定，GB/T23709－2009［S］.