浅谈水利水电工程中GPS高程测量的应用

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摘要：随着GPS技术的不断发展和普及，布设足够密度、精度和数量的几何水准，结合重力测量，地形测绘资料，精密确定大地水准面的高程，逐步代替常规几何水准测量。探索GPS高程测量在水利水电工程中的应用，具有广泛的社会价值和深远的实际意义。本文探讨了水利水电工程中gps高程测量的应用。

关键词：水利水电工程 GPS 高程测量 应用

水利水电工程具有鲜明的行业特性，即山高谷狭、交通不便、植被茂密、国家水准点稀少，使得高程的测设困难重重，因此该类工程对高程的要求有非常严格。目前，高程测量主要采用常规的几何水准和光电测距三角高程测量方法来解决，而常规方法费工、费时、费力。GPS卫星定位系统转为民用后，GPS 技术已经被广泛地应用于各个领域，尤其在水利工程测量中的应用前景非常广阔。GPS 测量技术可快速准确地获得测量数据，极大地提高了测量精度和工作效益，减轻了测量工作的强度。

随着GPS（全球卫星定位系统）的发展，因其具有“高精度、高效益、高可靠性、高自动化”的优势，在水电工程中得以广泛应用。GPS平面控制测量精度很高，但GPS高程测量一直受多种因素影响，难以满足水电工程的需要，极大地制约了GPS技术的应用和推广。

一、GPS 高程系统概述

地面点沿椭球法线到参考椭球面的距离叫做大地高， 用H 表示。地面到似大地水准面的距离叫做正常高，用Hr 表示。似大地水准面和大地水准面十分接近。地面点的正常高不随水准测量路线的变化而变化， 是唯一确定的值， 同时也是我们实用的高程。似大地水准面与椭球面之间的距离称为高程异常， 用s 表示， H- Hr=s（ 一） 。严格地讲， 这个表达式是近似的， 它还应考虑参考椭球面法线与铅垂线的差异（垂线偏差）的影响， 但由此引起的高程异常一般不超过±0.10mm， 完全可以忽略。s 可用天文水准或天文重力水准较严格求出。

在平原或丘陵地区的一般工程测量中， 完全可以用GPS 高程拟合的方法代替四等水准或普通几何水准测量。在带状测区， 高程拟合采用线性拟合更合适， 而在面状地区， 则不太合适。采用的已知水准点越多， 拟合精度就越高。在实际应用中， 对于线状的测区， 平均每4～8km 应该有一个几何水准点参与拟合； 对于面状测区平均每10km2 应该有一个几何水准点参与计算， 这些点应尽可能包围所有的拟合点。在地形复杂的测区， 应适当增加水准重合点观测。

二、GPS高程测量的优势

与几何水准相比， 在水利水电工程中采用GPS高程测量具有许多优越性，在水利水电工程的各个测绘方面，GPS高程测量有着广阔的应用前景。虽然以上的事例说明可以达到山区四等水准要求，但我们还应该不断实践和探索，以期发挥GPS在水利水电工程中发挥更大的作用，真正实现三维GPS测绘。在山区GPS网中，只要联测适量的几何水准，利用数值拟合法求解GPS正常高，可以达到山区四等水准的要求。

GPS高程控制网的设计应根据高程异常的变化情况，对水准联测进行设计，应做到精心设计、精心观测和精心解算。联测的几何水准应分布于线型网的两端和中部。如果是区域网应分均匀布于周边和网的内部。这样的布设拟合的精度最好和最合理。网型传递应采用网连式，高程的传递应采用符合方式进行高程推算进行设计。控制点的选点应尽量选择适合GPS观测的环境，以保证观测质量，减少外业的返工率和作业时间。同时作好星历预报，计划好观测时间，确保卫星数量和接受数据的质量。基线数据处理必须细心，保证参加高程控制拟合计算的基线全部同过和Tau测试，用于等级控制的测量还有待于进一步的实践和探索。对施测几何水准极为困难的地区，不失为一种有效的方法。

三、水利水电工程中GPS高程测量的应用

水利工程测量中的高程测量一直采用传统的高程施测手段――几何水准测量方法。此方法虽然精度较高，但实施起来费时费力，作业效率低。GPS 测量具有全天候、经济、快速等诸多优点。近年来，国内外有些测绘科研生产部门，在 GPS水准的布测和拟合方面，做了大量的研究工作，其主要目的就是精化大地水准面，提高 GPS 高程测量精度，这些科研成果已广泛应用于生产实际中。

（1）控制点加密的测量。在首级控制网的基础上，为满足地形图及断面等测量的需要，必须进行加密控制点的测量。而水利水电工程多位于偏远地区，已知高等级控制点较少，常规的控制测量方法是测距仪导线，测量精度受到很多条件限制，且工作量大。而用GPS RTK加密测量控制点则很简单，只需在测区10km范围内有3个以上且包含测区的高等级测量控制点即可，操作简单方便，平均每天可测量30～40个加密控制点，效率较高。

（2）施工放样测量。利用RTK随机软件中放样的功能进行点、直线、曲线放样功能，进行施工放样测量。输入设计好的已知坐标作为参考点和目标点，流动站实地所在位置的坐标作为修正点，电子手簿屏幕上的图形显示出实地待定点相对于目标点所偏移的距离，按照指示移动流动站，直到满足所要求的精度。同样方法可以用来复样及检查验收。

（3）数字化地形图测量。利用RTK快速定位和实时得到坐标结果的特点，在一定的测量环境中可以进行地形测量。地形点的测量可以在数据采集的功能下进行，也可以根据现场地形的实际情况进行测量设定，采集完的地形点经过成图处理，生成数字化管道地形图。地形点的采集可以单人作业，极大地节约了人力和时间。

（4）水下地形测量。水利工程测量最难的是水下地形测量，水下地形复杂，作业条件差，而水下地形资料的准确性对水利工程建设十分重要。传统水下地形测量方法大多采用经纬仪交汇或全站仪配合测深仪，其缺点是精度不高，测区范围有限，工作量大，人员配置多等。随着GPS 测量技术在测量中的空前发展，水下地形测量也较多地采用GPS RTK技术，主要设备有：双频Trimble GPS 5700 RTK，中海达数字单（双）频测深仪，海洋测量软件。进行GPS RTK水下地形测量的步骤是：将GPS、测深仪和笔记本电脑连接成一体，导航软件对测量船进行定位，并指导测量船在指定测量断面上航行，GPS和测深仪将实时测得数据导入笔记本电脑，由海洋测量软件处理生成水下地形图或导出Dat数据，再由成图软件绘制水下地形图。GPS在水下地形测量的应用，大大提高了测量的精度，减少了工作量，并且输出的数字化的水下地形图为今后地理信息系统（GIS）的建立和管理创造了有利的条件。

综上所述，随着GPS技术的不断发展和普及，布设足够密度、精度和数量的几何水准，结合重力测量，地形测绘资料，精密确定大地水准面的高程，逐步代替常规几何水准测量。高程测量的现代在于GPS高程测量的应用，因此探索GPS高程测量在水利水电工程中的应用，具有广泛的社会价值和深远的实际意义。

参考文献：

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