水利測繪中GPS高程擬合應用要點分析

王 然

（菏澤市水利建設工程有限公司，山東 菏澤 274000）

水利測繪在現(xiàn)代生活以及經(jīng)濟發(fā)展中扮演著至關重要的角色，可以說水利測繪工作關系到了區(qū)域水體結構的穩(wěn)定性以及區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的穩(wěn)定性，長期以來，我國對水利測繪工作的開展十分重視。目前，水利測繪工作經(jīng)過十幾年的發(fā)展，已經(jīng)積累了相當豐富的行業(yè)經(jīng)驗，并且建立了較為健全的水利測繪工作體系。但是隨著工業(yè)時代的發(fā)展以及水體污染問題的逐步嚴峻，我國現(xiàn)有的水利測繪工作方案中的弊端以及不足之處逐漸暴露出來，不斷推動水利測繪工作在與高新技術之間的應用和融合成為了相關部門研究的熱點話題。

GPS高程測量技術在水利工程測繪中顯示出獨特的應用優(yōu)勢。該技術在水利測繪中的應用，對于現(xiàn)在我國水利測繪的工作體系的進一步完善以及測量結果的準確性具有至關重要的意義。但是GPS高程擬合技術在應用過程中對于技術性的要求較為嚴格，同時也需要注重結合區(qū)域水利實際狀況選擇合適的應用方法，才能夠獲得準確的數(shù)據(jù)信息。傳統(tǒng)的水利測繪工作中，依然采用水準測量的方式進行高程控制測量，這種測量方式需要投入大量的人力和物力，同時，在其測量結果還會受到多種外界因素的影響。而GPS高程擬合技術的出現(xiàn)，使水利工程的高程控制測量工作效率得到了進一步的提升，同時其測量的精準度也相當可觀，因此，不斷研究GPS擬合高程測量技術成為了目前我國水利測繪工作新的發(fā)展方向。

1 GPS高程擬合技術的應用原理

GPS高程擬合技術又被稱作GPS擬合高程測量方法，本質它是利用衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)的測量技術，直接與地面測量點連接或間接確定地面測量點的正常高度的一種方法。（如圖1）。GPS高程擬合技術在應用過程中不會受到水體周邊自然環(huán)境的影響，因此具有良好的應用效果。這項技術在我國經(jīng)過了多年的發(fā)展后，已經(jīng)取得了較為豐厚的應用經(jīng)驗，在應用GPS高程擬合技術時，可以通過間接確認的方式了解到地面點的正常高程。通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)直接測得測量區(qū)域內部所有GPS的大地高之后，在測量區(qū)域范圍內，選擇若干個能夠滿足高程擬合計算需求的定位點，也被稱為GPS點，再用水準測量的方式取得這些GPS點的正常高值，之后在計算GPS點的大地高與正常高值之間的差異性，并且以這一計算結果為前提條件，通過平面或曲面擬合進行高程擬合的數(shù)學模型方法，可以得到測量區(qū)域其他GPS點的正常高度，由此可見，在采用GPS高程擬合技術時高程異常差值的計算精確性是實現(xiàn)GPS高程擬合度準確性的前提條件。除此之外，GPS高程擬合技術測量精確程度也較高，目前，通過這種測量方法，已經(jīng)能夠將水利測繪工作中的高程測量數(shù)值縮小到厘米級，正是因為GPS高程擬合技術不受外界干擾、測量精確程度較高的應用優(yōu)勢，目前，這項技術已經(jīng)在水利測繪工作中得到了廣泛應用。

圖1 地面點的高值圖

通過GPS高程擬合技術的應用原理不難看出，其中，計算高程異常差值是確保GPS高程擬合最終結果精確性的前提條件。目前，GPS高程擬合技術中常用的高程異常差值計算方法有以下兩種類型。第一，等值線圖法。采用等值線圖法計算高程的差值具有較高的精確程度，特別是在測量區(qū)域范圍內地質條件較為復雜的環(huán)境下能夠起到更好的應用效果。但是采用等值線圖法在測量過程中需要依賴先進的測繪技術以及測量設備，同時與工作人員的測繪水平之間也具有密不可分的關系，因此，等值線圖法計算高程差值的可行性限制較大。第二，解析法。采用解析法計算測繪區(qū)域內的高程差值，事實上，它是從數(shù)學原理發(fā)展而來的。工作人員需要根據(jù)測繪區(qū)域的實際高程建立擬合的數(shù)學模型。數(shù)學模型建立后，工作人員可將GPS點對應的坐標點等參數(shù)輸入到數(shù)學模型中，計算機模型可直接計算高程異常。該方法的應用和計算依賴于數(shù)學算法的研究。目前常用的高差擬合方法有加權平均法、平面擬合法等。

以上所說的兩種高程差值計算方法，在我國已經(jīng)具備了豐富的應用經(jīng)驗，同時在GPS高程擬合技術中的應用也較為成熟。

2 水利測繪工作的技術要求

水利測繪工作其實就是水利測量以及水利繪圖工作的結合?，F(xiàn)代社會生活中，人們可以利用計算機技術、互聯(lián)網(wǎng)通信技術、空間科學技術和信息技術，結合全球定位系統(tǒng)，遙感定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)基于土地規(guī)劃的范圍內已有的特征點和邊界，反映水土狀況的位置信息，然后根據(jù)不同項目的實際需要，對信息進行整合分類，為工程建設的規(guī)劃和管理提供精準的數(shù)據(jù)支持。水利源測繪屬于測繪工程的一大類，需要進行測繪工作，特別是對測繪區(qū)域的地表水和水質分布進行測繪。我國地域遼闊，有豐富的水資源，但由于地形條件的差異水資源的分布在我國的北部和南部顯然是不同的。因此，如何實現(xiàn)水資源結構的均衡配置和水資源的高效利用一直是我國發(fā)展中的熱點問題之一。為了實現(xiàn)水資源的合理配置和高效利用，有必要充分了解我國水資源的現(xiàn)狀和其他水資源信息，為水利工程的建設和規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持。

2.1 水利測繪工作中要求測繪內容的全面性

水利測繪對水體分布信息的綜合性提出了更嚴格的要求，水利工程本身是一項復雜的綜合性工程。一般來說，大型水利工程的設計范圍很廣，因此，在規(guī)劃建造工程時，需要考慮不同的因素。為了規(guī)避水利工程后續(xù)施工中的安全風險和作業(yè)問題，水利測繪工作需要為水利工程的發(fā)展提供更全面的信息，為水利工程設計人員合理、準確地規(guī)劃水利工程提供數(shù)據(jù)信息。

2.2 水利測繪工作對于內容精確度要求較為嚴格

水利工程施工設計中的設計數(shù)據(jù)會直接對后期的施工產生較大的影響，而水利工程建設施工數(shù)據(jù)的準確性也與周邊地區(qū)的水利狀況之間具有密不可分的關系。如果在水利工程施工規(guī)劃之前沒有得到準確的測繪數(shù)據(jù)支持，就可能會導致施工過程中發(fā)生工程偏差問題，為周邊地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展帶來不利影響。因此，水利工程的開展對于此水利測繪數(shù)據(jù)的精確性要求較為嚴格。

2.3 在復雜地質條件下也能夠實現(xiàn)精準的測繪工作

我國南北方地區(qū)地形差異性較大，許多大河流經(jīng)地質復雜的地區(qū)，尤其是中國西南邊境地區(qū)，由于地貌地形的奇特性，就會導致地下河道以及地上水流流經(jīng)的地形環(huán)境十分復雜，這就需要水利測繪工作能夠適應復雜地形條件下的應用，即使在重巒疊嶂的復雜地形條件下也能夠得到精確的測繪結果。

3 GPS高程擬合技術在水利測繪工作中的應用要點

3.1 合理地控制GPS高程擬合技術的測繪網(wǎng)點

GPS測繪網(wǎng)點的控制是確保高程擬合技術測繪結果精確性的前提條件，GPS控制網(wǎng)絡建設需要根據(jù)不同地區(qū)的地質條件和水流情況進一步確定。以南方水利測繪工作為例，在蚌埠地區(qū)需要測繪區(qū)域附近的河道建立了GPS控制網(wǎng)絡。經(jīng)工作人員進一步確認當?shù)氐匦魏退那闆r后，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)為平原地區(qū)，水流流經(jīng)的地區(qū)地形變化較為平緩并不存在重巒疊嶂的山地。因此，針對這種平緩區(qū)域的GPS高程擬合技術應用，需要將GPS的控制網(wǎng)點選擇在河道附近。并且根據(jù)測繪工作中需要觀察的內容信息，本項目選擇南方S86t動態(tài)GPS作為GPS控制節(jié)點，根據(jù)該次測量中地形條件的復雜狀況選擇GPS D級高程擬合精度測繪，工作過程中需要運用Gnssadj軟件進行高程差異值的計算。本次工作范圍長度設計到了30 km，為了確保高程擬合結果的準確性，在控制區(qū)域內部找到了25個控制點，控制點之間的距離需要根據(jù)當?shù)氐匦蔚淖兓M行微調。在地形較為平緩的區(qū)域控制點之間的距離，基本控制在3000 m~8000 m之內，不同控制點能夠觀測到的高層精確度也有一定的差異性。

3.2 GPS高度擬合技術中平面擬合和曲面擬合的應用要點

平面擬合和曲面擬合的精度是GPS高度擬合技術的關鍵，對于水利測繪工作的結果精確性具有至關重要的影響。因此，GPS高度擬合技術中的平面擬合技術和曲面擬合技術的應用需要深入研究?；蛘咭灾袊戏胶桶霾旱貐^(qū)的GPS高度擬合測繪工作為例，在該次水利測繪工作中需要進行平面點的擬合工作。在開展高程擬合技術之前，需要根據(jù)測量區(qū)域的實際狀況，在測量區(qū)域范圍內，選取6個監(jiān)測點作為已知點，均勻分布在GPS測高網(wǎng)絡范圍內。而在該次GPS控制網(wǎng)絡內共涉及到了25個監(jiān)測控制點，從中選取6個測量已知點后，其余19個控制點就需要作為本次測繪工作的擬合點。在完成對已知點和擬合點的選擇之后，就應該進行曲面擬合工作。為了計算曲面擬合模型，測量的控制點必須大于平面，計算的控制點必須大于平面。因此，在蚌埠地區(qū)水利測繪工作中的25個GPS控制點中，需要選取10個控制點作為曲面擬合的已知點，其余15個控制點作為曲面擬合的擬合點。通過平面擬合與曲面擬合的結果來看，兩種方法計算的結果差異性不大。

3.3 對GPS高程擬合技術中精確度的測評工作

精確度的測評工作是GPS高程擬合技術工作應用的要點，同時也是保障GPS高程擬合工作結果精確度最為關鍵的一步。目前，在水利測繪工作中，采用GPS高程擬合技術，常見的精確度測評方法為往返測評方法。這種測評方法就是需要在進行測繪的過程中根據(jù)當?shù)氐牡刭|條件以及水流狀況，制定合理的工作路線，在采用GPS高程擬合技術獲取到相關的水利觀測信息之后，對測繪信息進行擬合整理工作。在完成上述操作之后，已經(jīng)得到了GPS高程擬合測繪的結果，然后再按照該路線進行返回，在返回過程中進行二次觀測工作。

通過比較兩次觀測中GPS高程擬合技術的測量結果，就可以對GPS高程擬合工作的完成度以及工作結果的精確性進行評價，即使在評價過程中發(fā)現(xiàn)GPS高程擬合技術結果出現(xiàn)精確度問題，也可以進行及時調整。

4 結語

綜上所述，從蚌埠地區(qū)的水利測繪工作實例不難看出，在長度為幾十千米內部的小范圍帶狀區(qū)域，采用GPS高程水利測繪測量方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水準測量技術能夠達到四級水準精度。而在測繪工作開展過程中，需要注意控制GPS測繪技術區(qū)域內部的監(jiān)測點，通常情況下，每一個控制點之間的距離不得超過10 km，而在測繪工作中選取的擬合點應該均勻地覆蓋在整個測量區(qū)域內。除此之外，還應該根據(jù)測繪區(qū)域的地質水文條件，選擇合適的數(shù)學計算模型，對一些較為平坦的區(qū)域采用平面擬合模型，對一些山區(qū)起伏較大的區(qū)域使用曲面擬合模型。與此同時，還應該采用精確度測評方式來對GPS高程擬合技術的測量結果進行分析，從而為區(qū)域水利工程的建設和運行提供準確的數(shù)據(jù)支持。