水利测绘工程中GPS高程测量运用论文

　水利测绘工程中 S GPS 高程测量运用论文

　水利测绘工程中 GPS 高程测量的有效运用

　【摘 要】经济的快速发展带动着科技的进步，GPS 高程测量技术的应用范围也越来越广泛，为我国水利测绘领域的发展提供了技术支持。本文对 GPS 高程测量进行概述，总结 GPS 高程测量技术在我国水利测绘中的应用现状，对如何提高 GPS 高程测量技术在水利测绘中的应用效率提出相关建议，旨在为我国水利测绘领域的发展提供理论帮助。

　一、GPS 高程测量概述

　GPS 高程测量技术是指利用 GPS 定位技术来测量地面的正常高。其工作原理为，以需要测量地区内所有点为基础进行测量，确定其大地高，之后在这些点中选出若干个位置相分布相对均匀的点，测量出正常高，将大地高和正常高作差，并利用拟合技术得出需要测量的区域内所有的 GPS 点的正常高，这个过程需要用到水准测量的技术。在测量过程中，涉及到以下几个内容:

　(一)大地高的测量

　大地高的测量是以椭球面为参考的，具体的测量方法为找出固定的 GPS 点和经过这一点的椭球法线，沿着这条法线来得出点到椭球面的距离，这个距离就叫做大地高[1]。测量过程中得到的数据坐标是以某个大地参考系为标准的，数据坐标随着参考系的改变而改变。我国目前所用到的大地坐标系为 WGS-84 坐标系，用大写字母 H 来表示大地高，得出的大地高数据为以该坐标系为基础的大地高程。

　(二)正高的概念

　正高是指从固定点到大地水准面的垂线距离，用字母表示为 Hg，此概念包含在大地高之中，由大地高分解而来。

　(三)正常高的测量

　正常高的物理意义比较明确，且正常高的确定需要两个基本点，为固定的地面点和经过固定点的铅垂线与水准面的交点，点的正常高即为这两点之间的直线距离。我国目前的水准面是以大地为基础的，正常高 Hr 为固定点到大地水准面的垂线距离。正常高与正高的区别在于，正高的范围更广，正常高是相对于某个点来说的。

　(四)高程异差的测量

　高程异差是指椭球面与水准面之间的距离。以不同的椭球面为参考，得到的高程异差也不尽相同。这里的水准面通常为大地水准面，椭球参考系通常为 WGS-84参考系。高程异差和正常高组成了大地水准面差距，用字母表示为 N。大地水准面差距 N 又与正高 Hg 组成大地高 H[2]。

　(四)高程系统的计算公式

　正常高、大地高、高程异差三者紧密相连，缺一不可，共同组成组成高程系统公式:正常高=大地高-高程异差。严格来说，此公式是不完美的，原因为此公式中不包含铅垂线和法线的偏离而产生的误差。对于精度要求较低的普通水利工程来说，误差不予考虑，若工程对于数据的精度要求较高，一般将 0.1mm 以内的误差计算在内，由于偏差数值较小，不会对数据的结果产生较大影响，一般工程都选择不予计算。

　二、GPS 高程测量在水利测绘中的应用

　(一)GPS 高程测量在水利测绘中的应用现状

　GPS 高程测量技术在我国目前的水利工程测量过程中已经得到广泛应用。GPS定位技术在相对测量与定位中起到了重要作用。为了提高测量数据的精准度，L1、L2 载波被用来对局域差分进行测量，不同的接收机之间的接收数据不同，差分法被用来计算各数据之间的差异，之后，一次差异被经过处理，得出二次差异值。待定基线的长度为一次差和二次差相减得到的数值。

　目前，静态作业、PTK 等作业模式是应用率最高的两个计算模型，具有测量数据精度高，测量用时较短、应用范围广等多个特点，受到水利测绘人员的青睐。

　我国的 GPS 高程测量技术应用范围较广，技术水平较高，特别在最近几年取得了巨大的进步，在三峡大坝的建设等重要的水利工程中都起到重要的作用。经过长期的时间与完善，国内的 GPS 高程测量技术水平已经达到四星级。在之后的水利工程测绘中，GPS 高程测量将成为必不可少的一项技术。

　(二)GPS 高程测量在水利测绘的应用方法

　GPS 高程测量技术对于水利测绘的作用非常大，在实际运用过程中，主要通过三种实施方法来发挥其优越性。

　1、曲面拟合法。该方法的具体步骤为找出数学曲面，保证多个数学曲面的连续性，在大地水准高程系统的基础上进行拟合，这种方法因涉及到众多数学曲面，被称为曲面拟合法。此方法在 GPS 高程测 量技术的发展前期被广泛应用，但是经过发展，水利测绘的难度加大，级别升高，此方法不再适用于高级水利工程测绘过程。

　2、重力场的模型内插。首先根据局部或是整体的重力特点构建物理模型。利用重力场模型对高程系统的异常值进行计算，运用模型内插来实现正常高和大地高的转换过程。此过程的测量精度要达到较高的标准，例如，GPS 高程测量的控制网要选用高规格的 PTK 接收机和高规格的单频接收机来进行综合测量;从网内选取多个点，以此为水准进行控制，将重力似水准与水准似大地水准进行拟合，来获得高精度的水准结果;要求数据的极差控制在 0.1mm 以内，标准差要尽可能的小，避免数据离散程度较高[3]。

　3、顾及地形改正拟合法

　利用 DEM 来对高程异差进行计算分析，确定其短波分量的大小，对该分量进行处理，减缓高程数据的上下波动，使其达到平缓状态，再将短波分量进行还原处

　理。水利工程的修建地点多为地形复杂的山区，当地的地形条件与经济条件较差，硬件设施比较落后，给水利工程的测绘过程带来巨大的不便，此种方法对于地势起伏较大的山区测量有重要作用，能够降低由于海拔相差较大带来的工作困难，目前已经达到广泛应用。

　三、提高 GPS 高程测量在水利测绘中应用效率的相关建议

　(一)继续加强 GPS 技术的建设

　对 GPS 高程测量技术进行完善，加强其硬件设施的质量，对于测量工作较多的水利工程，争取同时利用 GPS 高程测量技术进行多项测 量工作，加快工程建设进度，提高工作的效率。

　(二)选取更高质量的 GPS 设备

　为了保证测量数据的精度，保证工作的质量，要提高对于 GPS 设备的要求。例如，基线精度要高于 5mm+1ppm，高程精度要高于 10mm+2ppm，以此来保证工作时设备的稳定性不受环境影响。

　(三)控制误差

　在测量过程中，除了仪器设备自身具有的固定误差以外，工作人员操作不规范，天气恶劣，电离层的干扰等因素都会造成测量精度降低，误差增大，为此，工作人员要严格按照规定程序来操作仪器，尽量避免恶劣的天气下进行作业，对测量数据进行误差估计，将误差计算在统计数据之内。

　(四)根据具体情况选择 GPS 技术

　部分小型水利工程测绘不适合采用 GPS 高程测量，由于 GPS 测量的作业条件较高，在测量之前要进行大量的准备工作，小型水利测绘利用传统的测绘技术即可满足测量需要，利用 GPS 高程测量技术反而会取得事倍功半的效果，降低工作效率。因此，要根据工程的实际情况来选择使用 GPS 高程测量技术。

　结语:

　总而言之，GPS 高程测量技术在水利工程测绘领域中起着至关重要的作用，在我国已经得到广泛应用。要想保证其应用效率，必须对严格规范操作步骤，加强设备建设，有选择的采用 GPS 高程测量技术。

　参考文献:

　[1]孔繁昌，袁丽娟.GPS 高程测量及在水利测绘工程中的应用[J].消费电子，2014，(10):71-72.

　[2]马金丽.GPS 高程测量及在水利测绘工程中的应用[J].科技致富向导，2015，(4):307-308.

　[3]迟本良.GPS 高程测量分析及其水利测绘工程中的运用探讨[J].科技创新导报，2011，(29):121-122.

　水利测绘工程中 GPS 高程测量的有效运用

　【摘 要】经济的快速发展带动着科技的进步，GPS 高程测量技术的应用范围也越来越广泛，为我国水利测绘领域的发展提供了技术支持。本文对 GPS 高程测量进行概述，总结 GPS 高程测量技术在我国水利测绘中的应用现状，对如何提高 GPS 高程测量技术在水利测绘中的应用效率提出相关建议，旨在为我国水利测绘领域的发展提供理论帮助。

　一、GPS 高程测量概述

　GPS 高程测量技术是指利用 GPS 定位技术来测量地面的正常高。其工作原理为，以需要测量地区内所有点为基础进行测量，确定其大地高，之后在这些点中选出若干个位置相分布相对均匀的点，测量出正常高，将大地高和正常高作差，并利用拟合技术得出需要测量的区域内所有的 GPS 点的正常高，这个过程需要用到水准测量的技术。在测量过程中，涉及到以下几个内容:

　(一)大地高的测量

　大地高的测量是以椭球面为参考的，具体的测量方法为找出固定

　的 GPS 点和经过这一点的椭球法线，沿着这条法线来得出点到椭球面的距离，这个距离就叫做大地高[1]。测量过程中得到的数据坐标是以某个大地参考系为标准的，数据坐标随着参考系的改变而改变。我国目前所用到的大地坐标系为 WGS-84 坐标系，用大写字母 H 来表示大地高，得出的大地高数据为以该坐标系为基础的大地高程。

　(二)正高的概念

　正高是指从固定点到大地水准面的垂线距离，用字母表示为 Hg，此概念包含在大地高之中，由大地高分解而来。

　(三)正常高的测量

　正常高的物理意义比较明确，且正常高的确定需要两个基本点，为固定的地面点和经过固定点的铅垂线与水准面的交点，点的正常高即为这两点之间的直线距离。我国目前的水准面是以大地为基础的，正常高 Hr 为固定点到大地水准面的垂线距离。正常高与正高的区别在于，正高的范围更广，正常高是相对于某个点来说的。

　(四)高程异差的测量

　高程异差是指椭球面与水准面之间的距离。以不同的椭球面为参考，得到的高程异差也不尽相同。这里的水准面通常为大地水准面，椭球参考系通常为 WGS-84参考系。高程异差和正常高组成了大地水准面差距，用字母表示为 N。大地水准面差距 N 又与正高 Hg 组成大地高 H[2]。

　(四)高程系统的计算公式

　正常高、大地高、高程异差三者紧密相连，缺一不可，共同组成 组成高程系统公式:正常高=大地高-高程异差。严格来说，此公式是不完美的，原因为此公式中不包含铅垂线和法线的偏离而产生的误差。对于精度要求较低的普通水利工程来说，误差不予考虑，若工程对于数据的精度要求较高，一般将

　0.1mm 以内的误差计算在内，由于偏差数值较小，不会对数据的结果产生较大影响，一般工程都选择不予计算。

　二、GPS 高程测量在水利测绘中的应用

　(一)GPS 高程测量在水利测绘中的应用现状

　GPS 高程测量技术在我国目前的水利工程测量过程中已经得到广泛应用。GPS定位技术在相对测量与定位中起到了重要作用。为了提高测量数据的精准度，L1、L2 载波被用来对局域差分进行测量，不同的接收机之间的接收数据不同，差分法被用来计算各数据之间的差异，之后，一次差异被经过处理，得出二次差异值。待定基线的长度为一次差和二次差相减得到的数值。

　目前，静态作业、PTK 等作业模式是应用率最高的两个计算模型，具有测量数据精度高，测量用时较短、应用范围广等多个特点，受到水利测绘人员的青睐。

　我国的 GPS 高程测量技术应用范围较广，技术水平较高，特别在最近几年取得了巨大的进步，在三峡大坝的建设等重要的水利工程中都起到重要的作用。经过长期的时间与完善，国内的 GPS 高程测量技术水平已经达到四星级。在之后的水利工程测绘中，GPS 高程测量将成为必不可少的一项技术。

　(二)GPS 高程测量在水利测绘的应用方法

　GPS 高程测量技术对于水利测绘的作用非常大，在实际运用过程中，主要通过三种实施方法来发挥其优越性。

　1、曲面拟合法。该方法的具体步骤为找出数学曲面，保证多个数学曲面的连续性，在大地水准高程系统的基础上进行拟合，这种方法因涉及到众多数学曲面，被称为曲面拟合法。此方法在 GPS 高程测量技术的发展前期被广泛应用，但是经过发展，水利测绘的难度加大，级别升高，此方法不再适用于高级水利工程测绘过程。

　2、重力场的模型内插。首先根据局部或是整体的重力特点构建物理模型。利用重力场模型对高程系统的异常值进行计算，运用模型内插来实现正常高和大地高的转换过程。此过程的测量精度要达到较高的标准，例如，GPS 高程测量的控制网要选用高规格的 PTK 接收机和高规格的单频接收机来进行综合测量;从网内选取多个点，以此为水准进行控制，将重力似水准与水准似大地水准进行拟合，来获得高精度的水准结果;要求数据的极差控制在 0.1mm 以内，标准差要尽可能的小，避免数据离散程度较高[3]。

　3、顾及地形改正拟合法

　利用 DEM 来对高程异差进行计算分析，确定其短波分量的大小，对该分量进行处理，减缓高程数据的上下波动，使其达到平缓状态，再将短波分量进行还原处理。水利工程的修建地点多为地形复杂的山区，当地的地形条件与经济条件较差，硬件设施比较落后，给水利工程的测绘过程带来巨大的不便，此种方法对于地势起伏较大的山区测 量有重要作用，能够降低由于海拔相差较大带来的工作困难，目前已经达到广泛应用。

　三、提高 GPS 高程测量在水利测绘中应用效率的相关建议

　(一)继续加强 GPS 技术的建设

　对 GPS 高程测量技术进行完善，加强其硬件设施的质量，对于测量工作较多的水利工程，争取同时利用 GPS 高程测量技术进行多项测量工作，加快工程建设进度，提高工作的效率。

　(二)选取更高质量的 GPS 设备

　为了保证测量数据的精度，保证工作的质量，要提高对于 GPS 设备的要求。例如，基线精度要高于 5mm+1ppm，高程精度要高于 10mm+2ppm，以此来保证工作时设备的稳定性不受环境影响。

　(三)控制误差

　在测量过程中，除了仪器设备自身具有的固定误差以外，工作人员操作不规范，天气恶劣，电离层的干扰等因素都会造成测量精度降低，误差增大，为此，工作人员要严格按照规定程序来操作仪器，尽量避免恶劣的天气下进行作业，对测量数据进行误差估计，将误差计算在统计数据之内。

　(四)根据具体情况选择 GPS 技术

　部分小型水利工程测绘不适合采用 GPS 高程测量，由于 GPS 测量的作业条件较高，在测量之前要进行大量的准备工作，小型水利测绘利用传统的测绘技术即可满足测量需要，利用 GPS 高程测量技术反而会取得事倍功半的效果，降低工作效率。因此，要根据工程的实际情 况来选择使用 GPS 高程测量技术。

　结语:

　总而言之，GPS 高程测量技术在水利工程测绘领域中起着至关重要的作用，在我国已经得到广泛应用。要想保证其应用效率，必须对严格规范操作步骤，加强设备建设，有选择的采用 GPS 高程测量技术。

　参考文献:

　[1]孔繁昌，袁丽娟.GPS 高程测量及在水利测绘工程中的应用[J].消费电子，2014，(10):71-72.

　[2]马金丽.GPS 高程测量及在水利测绘工程中的应用[J].科技致富向导，2015，(4):307-308.

　[3]迟本良.GPS 高程测量分析及其水利测绘工程中的运用探讨[J].科技创新导报，2011，(29):121-122.