GPS高程測(cè)量及在水利測(cè)繪工程中的應(yīng)用

【摘 要】本文主要介紹了在現(xiàn)代高科技快速發(fā)展的情況下，GPS被廣泛的運(yùn)用于各行各業(yè)，其中的一個(gè)運(yùn)用領(lǐng)域即高程測(cè)量，它的測(cè)量原理及測(cè)量方法，包括它在水利工程方面的應(yīng)用情況，以及為GPS高程測(cè)量在水利測(cè)繪工程中的應(yīng)用的提高提出的建議，希望GPS將更廣泛的被人類運(yùn)用，為人們更好的服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】GPS；高程測(cè)量；水利測(cè)繪工程

隨著科技的迅速發(fā)展，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使得國(guó)家對(duì)水利工程的投入越來越大，加之水利工程測(cè)量設(shè)施及相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展與更新，水利工程測(cè)量的科技投入必將會(huì)越來越大、越來越多的領(lǐng)域運(yùn)用著高科技的產(chǎn)品，我國(guó)科技水平的提高也使得我國(guó)各大領(lǐng)域都在向信息化發(fā)展，然而目前的水利水電工程都建立在高山峻嶺之中，對(duì)于其親自測(cè)量數(shù)據(jù)變得困難重重，然而GPS卻因其高科技而可以幫人們很好的完成這個(gè)項(xiàng)目的精確測(cè)量，于是人們開始運(yùn)用GPS進(jìn)行高程測(cè)量并運(yùn)用于水利測(cè)繪工程。

1.GPS高程測(cè)量的介紹

1.1 GPS高程測(cè)量原理

高程測(cè)量技術(shù)就是利用GPS技術(shù)對(duì)地面進(jìn)行三位定位，接收地球上人造衛(wèi)星發(fā)射出的電波，經(jīng)過對(duì)電波的分析解讀之后，測(cè)量出目標(biāo)地點(diǎn)的大地高、正常高以及三維坐標(biāo)值。GPS 高程測(cè)量技術(shù)指的是將全球定位系統(tǒng)應(yīng)用到測(cè)定地面點(diǎn)的大地高當(dāng)中， 直接或間接將地面點(diǎn)的大地高進(jìn)行確定。有高程系統(tǒng)包括大地高程系統(tǒng)、正高系統(tǒng)、正常高系統(tǒng)、確定高程異常等。

1.2 GPS高程測(cè)量方法

測(cè)算方法及步驟：首先是大地高指的是地面點(diǎn)沿著橢球法線到橢球面的距離，而正常高指的是地面點(diǎn)到似大地水準(zhǔn)面的距離，大地水準(zhǔn)面基本上與似大地水準(zhǔn)面是相近的，地面點(diǎn)的正常高也是確定的，大地高與正常高之差即為高程異常。其次在進(jìn)行 GPS 高程測(cè)量技術(shù)應(yīng)用時(shí)，需要先進(jìn)行高程轉(zhuǎn)換，而高程轉(zhuǎn)換需要首先將大地高與正常高之間的差值求出來，進(jìn)而進(jìn)行兩個(gè)高值之間的轉(zhuǎn)換。然后在使用 GPS 高程測(cè)量技術(shù)進(jìn)行水利工程測(cè)量的過程中，為了達(dá)到較好的效果，則需要用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄊ估速M(fèi)掉的高程信息達(dá)到需求。最后GPS 高程測(cè)量較容易受到外界因素的影響，因此，需要不斷的加以完善，來保障其準(zhǔn)確性及實(shí)用性。GPS高程測(cè)量的方法及精度分析：等值線圖法、地球模型法、高程擬合法、大地水準(zhǔn)面模型法。GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)處理采用GPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)處理。為了提高精度，基線數(shù)據(jù)的解算采用GPS精密星歷代替廣播星歷進(jìn)行解算的。GPS高程測(cè)量的精度主要取決于大地高和高程異常的精度，GPS測(cè)定的大地高的精度是很高的，可以達(dá)到2～3ppm。

2.GPS高程測(cè)量在水利測(cè)繪工程中的應(yīng)用

近年來，國(guó)內(nèi)外有些測(cè)繪科研生產(chǎn)部門，在GPS/水準(zhǔn)的布測(cè)和擬合方面，做了大量的研究工作，其主要目的就是精化大地水準(zhǔn)面，提高GPS高程測(cè)量精度，這些科研成果已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中。GPS 的出現(xiàn)被應(yīng)用于水利工程當(dāng)中，比如三峽水利樞紐、小浪底水利樞紐、萬家寨水利樞紐都不同程度地應(yīng)用了GPS測(cè)量技術(shù)，快速準(zhǔn)確地獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，極大地提高了測(cè)量精度和工作效益，減輕了測(cè)量勞動(dòng)強(qiáng)度。應(yīng)用GPS其具有全天候、 速度快及精度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，GPS 高程測(cè)量技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用也凸顯了其優(yōu)越性，大大提高了水利工程測(cè)量的效率。即使是高山峽谷區(qū)的河流規(guī)劃和庫(kù)區(qū)控制網(wǎng)，只要合理的布設(shè)GPS點(diǎn)位與觀測(cè)措施，并采用一定的高程聯(lián)測(cè)和恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理模型，能夠使GPS測(cè)量的擬合高程達(dá)到地形測(cè)量的精度，能滿足常規(guī)生產(chǎn)的需要。在水利工程測(cè)量中，GPS 主要在相對(duì)測(cè)量定位中應(yīng)用，用 L1 及 L2 載波相位來實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。這種測(cè)量方式主要是利用載波相位測(cè)量局域差分，通過差分法將接收機(jī)之間的一次差求出，再在衛(wèi)星觀測(cè)歷元及接收機(jī)之間進(jìn)行二次差的計(jì)算，進(jìn)而用兩次求得的差，進(jìn)行待定基線長(zhǎng)度的計(jì)算。水利工程應(yīng)用實(shí)踐，庫(kù)區(qū)GPS控制網(wǎng)可以了解工程概況，高程聯(lián)測(cè)及精度。帶狀地形GPS控制網(wǎng)可以了解工程概況，高程聯(lián)測(cè)及精度。GPS高程測(cè)量的工程應(yīng)用實(shí)踐包括貴州大田河落生、大地水電站為珠江流域北盤江水系上的兩座跨河引水發(fā)電站。兩電站位于貴州省西南部?jī)?cè)亨縣和貞豐縣境內(nèi)，引水河流為北盤江右岸的一級(jí)支流大田河，受水河為大田河左岸相鄰小流域魯貢河，它也是北盤江的一級(jí)支流。落生電站主要建筑物為大壩、溢洪道、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、廠房等：大地電站主要建筑物為引水隧洞、前池壓力管道、廠房等。

3.GPS高程測(cè)量在水利測(cè)繪工程中的應(yīng)用的提高建議

這一技術(shù)的應(yīng)用同樣需要不斷地完善，以規(guī)避在應(yīng)用過程中可能會(huì)出現(xiàn)的問題。首先如果測(cè)區(qū)的范圍不大，并且測(cè)區(qū)內(nèi)地形的變化較小，則可以先用幾何水準(zhǔn)在一些基本的高程控制點(diǎn)進(jìn)行均勻的補(bǔ)測(cè)，而后用在用 GPS高程測(cè)量對(duì)測(cè)站點(diǎn)水準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量；GPS高程測(cè)量誤差由GPS測(cè)量誤差、水準(zhǔn)測(cè)量誤差和擬合誤差三部分組成，關(guān)鍵是擬合誤差，它與公共點(diǎn)的分布、密度有關(guān)。其次在利用 GPS 進(jìn)行測(cè)量時(shí)，儀器要選擇精度高于基線精度5mm+1ppm且高程精度高于10mm+2ppm，性能要較穩(wěn)定，以保障儀器受外環(huán)境的影響較小；最后在應(yīng)用 GPS 高程測(cè)量時(shí)，要充分考慮 GPS 圖形結(jié)構(gòu)、電離層等影響其測(cè)量精度的影響因素，以降低在測(cè)量過程當(dāng)中產(chǎn)生誤差的可能性。另外，要對(duì)已知水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行經(jīng)常性的測(cè)量，并隨時(shí)對(duì)高程進(jìn)行比較，從而避免不確定的因素對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致測(cè)量誤差的出現(xiàn)；最后在使用 GPS 高程測(cè)量技術(shù)時(shí)，要選擇性地進(jìn)行應(yīng)用，因?yàn)檫@一技術(shù)在應(yīng)用中涉及到的相關(guān)資料及模型的獲取比較復(fù)雜，且其所獲取的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過處理后。業(yè)實(shí)施過程中，要經(jīng)常性地連測(cè)一些已知水準(zhǔn)點(diǎn)，隨時(shí)進(jìn)行高程比較，以避免氣候等不確定因素引起的觀測(cè)數(shù)據(jù)粗差。GPS高程測(cè)量雖然經(jīng)過科學(xué)的數(shù)據(jù)處理可以保證精度滿足需要，但由于搜集或建立測(cè)區(qū)重力成果，數(shù)字高程模型，重力場(chǎng)模型等資料不是一件輕而易舉的事情，隨著GPS定位技術(shù)的發(fā)展和普及，結(jié)合水準(zhǔn)測(cè)量、重力測(cè)量、地形測(cè)繪資料精密確定大地水準(zhǔn)面的高程，逐步代替常規(guī)水準(zhǔn)測(cè)量，真正實(shí)現(xiàn)GPS三維測(cè)量，可更好地為水利工程服務(wù)。

4.結(jié)語(yǔ)

GPS轉(zhuǎn)為民用后，GPS技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用前景非常廣闊。在水利水電工程中采用GPS高程測(cè)量，具有許多優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在觀測(cè)操作簡(jiǎn)單、減輕外業(yè)作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 [科]

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