基于GPS高程測量的水利測繪技術分析

摘 要：伴隨著我國經濟的快速發展，作為惠民工程的水利工程的興建熱度不斷升溫。本文主要從GPS測量的概述入手，深入討論GPS高程測量中需要解決的問題，并且輔助實例，對GPS 高程測量精準的測量效果予以證明。旨在提高GPS高程測量，在我國水利測繪技術方面的應用。

關鍵詞：GPS；水利工程；高程測量技術；

中圖分類號：P201 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-07-00-01

科學技術迅猛發展，我國經濟水平不斷提高。在GPS定位技術，在測繪領域運用越來越廣。GPS測量在平面控制方面，顯現了巨大的作用。在我國推廣GPS高程測量技術，具有重要意義。

一、GPS測量概述

GPS高程測量，用英語專業術語來講，即Height Measurement Using Global Positioning System。通過運用GPS測量技術，間接確定地面正常高的。其工作原理是，先直接測量區

域內GPS點。然后，再在測量區域內，水準測量的方法，若干GPS點測出正常高。值得注意的是，數量和位置滿足高程。最后，計算出所有GPS點的高程差異 ，在此基礎上運用平面擬合，進行高程擬合，測量區域的其他GPS點高。

（一）測量大地高。它是由地面點，沿著該點的橢球的法線，到參考橢球面的距離。沒有明確的物理意義。但是，若橢球大地坐標系不同，則構成的大地高程也不同[1]。通常情況，用字母H表示，且可分解為正高Hg，和大地水準面差距N.測量結果又可分解為，正常高Hr和高程異常 ζ 。GPS定位測量的橢球大地，是以WGS-84為基準的，即相對于WGS-84橢球高程。（二）正高。正高，是以大地為水平基準面。由地面點，鉛垂線至水準面距離。有明確的物理意義，這里用Hg表示。（三）正常高。正常高，是由地面點，沿鉛垂線到水準面的距離，用Hr表示。整個測量過程中，高程系統以大地的水準面，為基礎的正常高系統。（四）高程異差。高程異差是指大地水準面到參考橢球面的距離。用ζ 表示，一般是指大地水準面與WGS-84參考橢球面差距。1 . 5 高層系統。我們在結合高程系統理論，可知測量點的大地高，與正常高的關系為：Hr=H- ζ 。這個表達式是近似表達。在實際操作中，要考慮到橢球面上，法線與鉛垂線差異，即垂線偏差。但是，通常情況下，偏差不超過±0.1mm，這個偏差可以忽略.

二、GPS高程測量解決的問題

根據《水利水電測量規范》，高成控制的測量氛圍基本、圖根、測站點測量三種。主要是采用幾何水準的測量方法，但是，這種測量的效率比較低。在發揮GPS測量方便省力，同時，對GPS技術的應用，應該更多考慮到測繪學術界，熱衷探討的問題。具體來說，就是GPS觀測數據的處理。在大地水準基面，結合和GPS點正常的高度，實現測量精度的四等的實現。一方面，GPS高程測量中，只需要獲得純數學意義的大地高[2]。也就是地面點，沿著法線到參考的橢圓形球面，中間距離長度。但是在實際操作中，幾何水準的測量，需要的數據不是大地高H ，而是正常的高度h。另外一方面，相似大地水準的測量，主要是利用了測區域周圍，及周邊加重重力。采用的測量重力方法，主要是Remove restore技術的運用。我們可以采用平面擬合的方法，糾正參數。來完成似大地面水準的精度糾正分析。

三、GPS高程測量的應用

近年來，我國不少測繪生產部門，在GPS水準的布測方面，付出了大量研究工作。研究的主要目的就是，精化大地水準面，提高GPS高程測量精度。這其中，不少科研成果已應用。河北省某水利勘測院，在一次河道的測量中，實現了五等水準連測，一共了191個圖根點[3]。最后，用徠卡SR530GPS（RTK）設備，對其進行平面、高程測量，達到了同五等水準測量。這其中，較差值最小的為-0.001 m。最大差為-0.194 m，較差值小于0.05 m。一共72個圖根點。這些點中，小于0.08 m的有107個點。有84個點，較差值在0.08m～0.20 m之間。如果按公式M=±〔△△〕/n計算，可以算出誤差為±96 mm。《水利水電工程測量規范》中，規定一次加密的高程控制點，對鄰近基本高程控制點，誤差不得大于±h/10，其中h為測圖等高距。顯然，試驗結果表明，GPS高程測量在一些地區，實現了等高距為1 m的要求。

在實際運用中，河北某地市測量隊在湖泊測量中，采用Leica SR530（Rush）雙頻 RTK GPS接收機， 與 Trimble4600Ls型單頻接收機，實現了聯合量測。以分布的20點GPS水準點，作為控制點。用四次擬合多項式，為擬合函數，實現了大地水準面擬合到GPS/水準。獲得南四湖工程區域測量結果。這其中，主要利用工程區域，似大地水準面模型中，156個

GPS網點高程異差。將實測高程作為“真值”，再次進行精度統計。如表1。而計算得到

156個 GPS控制網點，正常高與水準實測高程比較，如表2。比較來看，高程與水準實測高程之差，絕對值小于0.05m的點占79.5%，標準差小于0.05m，證明了基于高程測量方法的可靠。

表1正常高和實測高程之差區間統計/m

表2正常高和實測高程之差/m

四、結語

水利工程的地方地理條件困難，地形較復雜、交通不便利普遍。但是，我國水準點稀缺，水準的測量線路較長，所以，我國高程測量極為困難，具有挑戰性。當前，GPS高程測量，實現了四等精度要求。滿足了水利工程的中、小形圖圖根精度要求。由此來看，GPS高程測量推廣意義重大。

參考文獻：

[1]張前勇，汪雷.GPS高程測量精度分析[J].湖北民族學院學報（自然科學版）2008.26（4）

[2]徐淑春.淺析GPS測量與誤差分析.科技創新導報，2011（3）

[3]徐紹銓，等.GPS測量原理及其應用〔M〕.武漢測繪科技大學出版社，1998.10