淺析GPS跨河水準測量

楊曉東

摘 要：伴隨我們國家社會經濟的不斷進步，非常多擬建的與已經在建的特大規模的橋梁所跨過的水面寬度日益提升，傳統形式的測量方法難以適應時代不斷發展的需求，所需要的費用不斷增多。GPS技術具備較強的三維定位功能，憑借自身所具有的全天候、迅速測量的特征，為跨河水準測量提供了一種全新的測量方式。本文就GPS跨河水準測量技術進行簡單的分析。

關鍵詞：GPS技術；跨河水準測量

1 前言

伴隨GPS裝置以及數據分析技術的不斷創新，GPS技術在跨河水準測量層面，與傳統形式的測量對比而言，具備顯著的效率與技術優勢。GPS技術在具體的測量環節憑借全天候、較高的精準度、即時和高效、便于操作、同時能夠提供國際通用的三維地心坐標、廣泛的用途等特征所聞名，其在國家大地調控測量、工程測量以及地質災害預測等層面已經獲得了大量的運用。當前，除了美國的GPS系統以外，俄羅斯的G LONASS、歐盟的GALILEO、中國的北斗衛星系統等等都已經處在正常工作狀態，日后多體系結合定位將會是未來衛星定位技術日益進步的必然，其對于增強定位測量的精準程度、效率及可靠性等有著非常重要的作用。

2 GPS水準測量的原理

GPS水準測量所指的是在較小范疇的GPS網里面，采取水準測量的形式聯合檢測網里面大量GPS點的正常高，此點被稱之為公共點，其次按照公共點的正常高與大地高對所有公共點的高程異常進行計算，按照公共點的平面坐標與高程異常數值擬合運算形式，擬合出所有GPS點對應的正常高。其方法主要有：加權平均、最小二乘推估以及多面函數擬合等等。但是，從跨河水準測量層面而言，上述方式均難以執行。所以，運用GPS水準測量針對跨河水準進行測量，其重點計算的便是高程異常的改變率，其工作機理如下：在跨河點連線兩側的延長線中分別設立兩個不同的非跨河點，按照GPS數據計算所獲得的WGS-84大地高差和水準正常高差計算出河兩側的高程異常的改變率，從而能夠得到跨河邊的高差。

3 GPS跨河水準測量的方法

3.1 點位布設

GPS跨河水準測量所選取的最佳地形是相對平坦的丘陵、平原同時河流兩側的地貌外形相類似的區域實施。為了能夠得到平穩的高程異常改變率，GPS跨河水準的路線需要布設為直伸的形狀，非跨河點需要設立在跨河點連線的延長線之中，同時所有點之間的距離需要和跨河距離相同。因為點位、地形環境等約束無法達到需求之中，能夠運用其他的布設形式，河流相同一側的非跨河點能夠在相同點位周圍設立，然而點位的區域需要處在沿跨河同軸線之中又或是在兩旁并且相互對稱。所以，運用GPS測量法實施跨河水準測量的時候，GPS水準點需要盡量的選取在水準測線的周圍，同時有助于實施水準連測和GPS觀測。需要遠離強磁場與土質松軟的區域，及車輛、行人來往頻繁等地區。需要研究目前所具備的水準、地形以及重力等和大地水準面有關的測量材料，選取河流兩側大地水準面具備同等變化態勢，同時改變較為舒緩的方向中設立跨河路線。

3.2 觀測注意事項

運用GPS測量方式實施跨河水準測量的時候，觀測小組需要全面遵循調度指令，根據所限定的時間完成工作。在經過對接收機電源電纜與天線等鏈接進行檢查正常以后，才能夠開機。在觀測之前以及具體的觀測環節，需要逐一填寫所有的數據信息。在每個階段的開始以及終止之時，都需要登記具體的天氣情況、即時的經緯度等其它相關的信息。觀測環節不能夠實施下述操作：關機重新開啟（不包括排除故障）；轉變衛星截止的高度角；變化數據收集的間隔；調整天線所處的具體位置；觀測環節需要避免設備發生移動又或是震動等，避免人與其它物體對衛星信號產生干擾。在遭遇風暴、雷電天氣的時候，需要停止觀測。觀測環節需要維持接收機數據保存的穩定工作，在每個工作日完成觀測以后需要即時把數據粗存到數據存儲器之中。在對數據進行轉存之時，不得實施修改、刪除以及編輯等。

3.3 數據處理

GPS控制網解算運用制造商所提供的基線解算軟件與網平差軟件TrimbleTGO1.63版本，在計算機中解算基線。基線解算符合要求之后首先需要在WGS-84坐標的基準下實施無約束自由網平差，去除那些不達標的基線，剔除率需低于10%。無約束自由網平差數據的大地高用于GPS跨河法觀測計算。

4 GPS跨河水準測量的誤差分析

對于GPS跨河水準測量產生影響的要素主要有以下三種：星歷誤差、對流層折射影響以及其它影響要素。

星歷誤差所代表的是衛星星歷所提供的衛星空間位置和衛星具體位置間之間的差異。其是一個起始型的數據誤差，其大小是由衛星跟蹤站的數據以及空間布局、觀測值的數目以及精準程度、軌道計算之時所運用的軌道模型以及定軌軟件的完整度等所決定的。

對流層折射影響所代表的是GPS信號經過平流層與對流層交界的時候，其傳遞的速率將會出現改變，傳遞的路徑將出現彎曲，所以會導致測量誤差。其它影響要素所造成的影響涵蓋了基線的長度、垂直精度因子、天線高的量取、多個路徑等等。除此之外，考慮到GPS高程轉變往往會運用到的三個量為GPS所測量得到的相對參考橢球的大地高、經過重力測量等方式所獲得的地球重力場模型、以及幾何水準測量所獲得的相對似大地水準面的正常高等。因此對GPS水準測量的誤差源進行分析，便需要將對于正常高、大地高以及地球重力場模型的精準度造成影響的因素及其綜合作用完全考慮進去。

5 結語

運用GPS水準測量實施跨河測量，在按照跨河現場的實際狀況運用科學的擬合模型為基礎，完全能夠實現同時高于傳統跨河水準測量形式的精準度。因為GPS水準測量具備費用低廉、不遭受通視環境約束以及較高的效率等優勢，所以其具備非常高的經濟技術性，此形式在后期的精密高程測量之中將會有更加廣泛的發展前景。

參考文獻：

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