GPS水准测量在渭河中下游河道测区中的应用

史晓峰

陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西西安 710018

GPS水准测量在渭河中下游河道测区中的应用

史晓峰

陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西西安 710018

本文通过GPS水准测量在渭河中下游河道测区的应用，探讨了GPS水准测量的有关观测技术要求，并通过对GPS网高程进行拟合，分析了GPS水准的平差精度。

GPS水准；河道测区；观测应用

GPS水准测量方法是大型带状测区测量高程最常用的一种方法。GPS水准测量通过联测测区内一定数量的高级水准点，计算出未知点的高程异常，在水利工程测量中能够将测量效率大大提高，同时还能够保证测量的精确度，GPS水准测量具有精度高、速度快、观测时间短、坐标实施解算等优点。

1 工程测量项目概况

工程测量项目：渭河中下游河道地理信息系统渭河西韩铁路桥～渭拦10区段1/万地形图测量，按照“数字渭河”工程技术体系，为用户提供地理信息数据服务和应用服务。系统采用1:25万和1:1万两种空间尺度进行设计。沿河横向宽度为10km的带状区域，1:1万比例尺建设范围为渭河干流从咸阳铁路桥至渭河入黄河口，1:25万比例尺数据库建设范围为陕西省渭河流域范围。渭河中下游河道地理信息测量采用全球定位系统（GPS）、利用遥感（RS）地理信息系统（GIS）“3S”高新技术，采集渭河中下游河道基础地理数据，建立基础地理数据库。

2 GPS观测与解算中各项参数设置

观测使用的GPS设备为六台套美国天宝GPS，均为双频接收机，标称精度为5mm+1ppm*D，项目参数设置：GPS接收机采用双频接收机，同步观测GPS接收机台数≥3；卫星高度角设置（度）15，有效观测GPS卫星数≥4；同步跟踪GPS卫星数≥4；观测时段数1.6；时段长度（min）40；数据采样间隔（sec）10；GPS卫星象限分布≥3；PDOP/GDOP≤6，作业采用20s～30s采样率的快速静态测量模式，观测2个时段。

GPS水准和平面控制同步进行，在观测过程中，实现结构组网，整体网形沿着带状布置，同时在测区的周边2个GPS B级网点和6个GPS C级网点，并均匀联测14个三等水准点。

3 GPS水准测量高程拟合的分析

考虑渭河中下游河道测区属大型带状测区，从咸阳至渭河入黄河沿线河道弯曲大，渭河中下游河道测

鉴于考虑到渭河中下游的河道测区为大型带状测量，由咸阳道渭河的入黄河沿线位置，河道弯曲性较强，渭河的中下游河道测区中，相对高差控制在50m之内，以此决定采取多项化曲面拟合法，测量本测区范围内的GPS水准高程拟合模型。

假设该网中的某一点或者多点具备精确WGS-84坐标系中大地高程，当GPS网实现平差后，可求得各GPS点的WGS-84大地高H84。通过GPS网平差，可以得到高精度的大地高差。大地高和正常高之间的关系式如下：

Hr= H84-ξ

其中ξ表示似大地水准面至椭球面间的高差，叫做高程异常，它是由地下物质及其密度分布不均匀产生的重力异常导致。

根据测区中已知点的坐标（x,y）和其正常高值（h），拟合出测区似大地水准面，再内插出待定点的ζ，从而求出网中各点的正常高。

设网中某点的ζ与平面坐标x,y有下列关系

其中，f（x,y）为ζ的趋势值，ε为误差。

对f（x,y）级数展开

于是，（1）式的矩阵形式为

1 x1 y1 x12 …1 x2 y2 x22 ………………xn yn xn2 …1

对于上式，在Σε2=min条件下，解出各ai，然后按照矩阵式获得各点ζ，进而获得每个点的正常高值。在平差情况下，采取模型处理，并对两个子区分别进行测量；在高程拟合状态下，首先读取WGS84坐标系的无约束平差文件：Adjust.out，然后再进行高程拟合。当实现平差之后，可以判断GPS水准拟合的精确度，将网中某一点作为特定的参与拟合的三等水准点，该高程值和本点GPS拟合值进行比较。获得GPS水准拟合精度，以20(mm)来计算，其中d代表此点到最近的已知点距离。GPS水准测量精度中误差±40，从中可以看出，水准点的几何水准高程与GPS拟合高程之差满足了四等水准的限差要求，从而说明本次GPS水准测量达到了四等水准的精度要求。

4 结论

通过对GPS水准测量高程拟合分析得知，大地高差测定的精准度，对GPS水准精度产生直接影响。因此，为了确保GPS水准精度，应注重提高大地高差的测定精度。

提高大地高（差）测定的精度的措施主要有：1）提高GPS网基线解算的局部起算点坐标精度；2）GPS仪器精度的选择不得低于极限精度5mm+1ppm 、高程精度 10mm+2ppm ，性能相对稳定，同时受到外界环境的影响作用较大；3）在观测过程中，应注重选择最佳的卫星分布方式；4）减少对流层延迟以及多路径的误差；5）大于10km的GPS网点应实测气象参数；6）在计算过程中，坐标取1m或10m，但是高程必须精确到mm。计算结果通过计算机，测量高程异常的等值线图，可分析测区的高程异常变化情况，以此保证拟合计算的精度。同时，尽量减小其它误差因素影响。比如 GPS 图形结构、电离层影响、外业施测过程中正确量取天线高等，最大程度地减少GPS测量误差影响。

总之，按照《水利水电工程测量规范》SL197-97中四等GPS网的要求，渭河中下游河道测区水准的拟合精度中误差在±40，可以说“数字渭河”工程技术体系GPS水准测量达到了四等水准的精度要求。

[1]周忠谟等.GPS卫星测量原理与应用[M].测绘出版社，1997.

[2]国家测绘局.GB/T 18314-2009全球定位系统(GPS)测量规范 [M].测绘出版社，2009.

[3]魏海峰，刘炳森，王超宾.GPS在工程测量中的应用分析[J].中国石油和化工标准与质量，2011(6).

[4]李聚方，郝亚东，娄洪富.远距离动态GPS测量在黄河断面测量中的应用[J].人民黄河，2010(8).

TV85

A

1674-6708（2012）59-0053-02