GPS定位技術在池州大橋跨河水準測量上的運用探討

盛偉 張亮

摘 要：本文主要是以GPS定位技術在池州大橋跨河水準測量上的運用，表明該技術方法得到的結果能滿足精度要求和工程需要，為以后同類工程有一定的借鑒作用。

關鍵詞：正常高；大地高；高程異常；高出異常變化率

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）08-0130-02

1 引言

GPS定位技術在我國測繪領域中得到了廣泛的應用，GPS精密大地高測定精度可達到毫米級精度，這為采用精密GPS定位技術進行跨河水準測量具備了理論上的前提條件，于是一種基于高精度GPS相對定位和水準測量相結合的跨河高程傳遞技術——GPS水準方法受到人們的廣泛關注。GPS的定位精度與常規測量手段相比具有較強的優越性，但由于我國目前采用的高程系統是與GPS大地高不同的正常高系統，是一個與似大地水準面為基準的物理量，而GPS測量所得到的大地高，是一個與參考橢球面有關的幾何量，兩者間的差值并非常數關系，不能嚴格精確轉換。但對于較長距離的高精度跨河高程傳遞，可以綜合考慮局部大地水準面的不規則性和相關性根據不同場地的具體情況制定有針對性的GPS跨河水準測量方案。

2 GPS跨河水準測量原理

GPS水準測量就是用高等級水準測量的方法測出GPS公共點的正常高，再計算出公共點的高程異常及高程異常變化率，然后通過建立函數擬合模型擬合出未知點的正常高。高程異常的擬合函數模型主要有線狀擬合函數模型、曲面擬合函數模型及重力場函數擬合模型。本文主要以線狀擬合函數模型為例來闡述GPS跨河水準的測量方法。

3 GPS水準測量方案設計

采用GPS測量法進行跨河水準測量時，應遵循以下要求：

（1）GPS跨河水準測量應選擇在地形較為平坦的平原、丘陵且河流兩岸地貌形態基本一致地區進行。海拔高程超過500m的地區，不宜進行GPS跨河水準測量。當跨河場地兩端高差變化超過70m/km的地區，不宜進行一等GPS跨河水準測量，超過130m/km的地區，不宜進行二等跨河水準測量。

（2）GPS水準點盡可能選于水準測線附近，并有利于進行GPS觀測及水準聯測。應避開土質松軟和強磁場地段，以及行人、車輛來往較多的場所。

（3）應分析已有的地形、重力和水準等與大地水準面相關的測量資料，選擇河流兩岸大地水準面具有相同的變化均勢，且變化相對平緩的方向上布設跨河路線。

（4）二等跨河水準測量中，非跨河點（A、D）宜位于跨河點（B、C）連線的延長線上，點間距大致與跨河距離相等，非跨河點偏離跨河方向軸線的垂距不得大于BC的1/25。如圖1。

（5）二等跨河水準測量中，非跨河點（A、D）宜位于跨河點（B、C）連線的延長線上，點間距大致與跨河距離相等，非跨河點偏離跨河方向軸線的垂距不得大于BC的1/25。

（6）當跨河距離小于2公里時，同一河岸非跨河點距跨河點的距離以2公里為宜。

4 GPS水準測量技術要求

GPS測量作業的基本技術要求如表1。

（1）觀測組必須接受統一指揮，在檢查接收機電源和天線等連接無誤后，方可同一時間開機。

（2）觀測前，及觀測過程中，應逐項填寫測量手簿中的各項信息。

（3）觀測中禁止任何人觸碰儀器，以防止被移動，防止人和其他物體遮擋衛星信號。

（4）觀測前應及時的了解天氣情況，避開惡劣天氣。

（5）觀測時，天線整平對中誤差不得大于1mm，每時段觀測前后各量取天線高一次，兩次互差小于2mm，并取其平均值作為最后結果。雙時段觀測時第二時段儀器必須重新對中整平，重新量取天線高度。

（6）觀測過程中按規定填寫觀測手簿。包括：1）測站名、測站號。2）觀測日期、天氣、時段。3）開始、結束時間。4）接收機及天線類型、編號。5）天線相位中心至點位的直高等。

（7）二等規定的所有觀測時段應在48h內完成觀測。

5 GPS定位技術在池州大橋水準測量中的應用

池州大橋項目跨河水準測量，跨河長度為1724米，點位布置如圖2。

DQ7和DQ17分別是樅陽側和池州側非跨河水準點，QBM1和QBM2分別是樅陽側和池州側跨河水準點。其測量數據及計算過程如表2。

表中數據計算分析得出：

（1）樅陽側DQ7到QBM1的高程異常變化率為：-0.00210 4695m/km。（高程異常變化率=高差異常變化值/橢球距離；高差異常變化值=橢球高差-水準高差；橢球高差=QBM1的大地高程-DQ7的大地高程）；

（2）池州側QBM2到DQ17的高程異常變化率為：-0.0014 15929m/km。（高程異常變化率=高差異常變化值/橢球距離；高差異常變化值=橢球高差-水準高差；橢球高差=DQ17的大地高程QBM2的大地高程）；

（3）跨河處高程異常變化率為：-0.001760312m/km。（跨河處QBM1到QBM2高程異常變化率=（DQ7到QBM1的高程異常變化率+QBM2到DQ17的高程異常變化率）/2）；

（4）跨河處高程異常變化值為：-0.003034778m（跨河處QBM1到QBM2高程異常變化值=跨河處QBM1到QBM2高程異常變化率/跨河處QBM1到QBM2橢球距離）；

（5）QBM1與QBM2橢球高差值：-1.4281m（橢球高差=QBM1的大地高程-QBM2的大地高程）；

（6）QBM1與QBM2水準高差值：-1.425065222m；

（QBM1與QBM2水準高差值=跨河處QBM1到QBM2高程異常變化值+QBM1與QBM2橢球高差值）；

把QBM1與QBM2水準高差值歸到整個水準網中進行平差處理，整個處理結果能滿足二等水準的要求，說明該方法具有較高可行性。

6 結語

從本例看出GPS高程線性擬合精度主要取決于公共點的大地高、正常高測量精度，其次就是地形地勢的平坦程度。因此，在今后的同類跨河水準項目上，滿足精度要求的前提下，可以優先考慮使用GPS跨河水準方法，這樣可以提高工作效率，節約成本。

參考文獻

[1]徐紹銓，張華海，楊志強，王澤民.GPS測量原理及應用[M].武漢大學出版社，2003.

[2]GB/T 12897-2006國家一、二等水準測量規范[S].中國：中國標準出版社，2006.