GPS高程测量技术航道工程测绘中的应用研究

刘志祥

摘 要：在经济与科技的飞速发展下，航道工程测绘技术也得到较快发展。在现代航道测绘工程测量技术方面，以往传统的控制测量法被现代高程测量方法所取代。文章介绍GPS高程测量的应用以及测量方法，简要说明GPS高程测量在航道测绘工程中的应用现状以及实际操作中的制约因素，然后针对工程实例，分析航道治理工程软土地基沉降观测中的应用，通过对实时的GPS高程测量误差的探索 ，对提高其精度测量方面提出几点建议。供同仁参考。

关键词：GPS 高程测量；测量方法；测量技术

中图分类号：P224.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）27-0055-02

CPS技术的开发时间虽然不久，但其在各领域的应用已经相当广泛、在水运地形图绘测工程中，GPS技术的应用能够极大提高工程的精确度，且更加简便操作，几乎能够全天候工作，不受限制。运用GPS全球定位系统实现定位的原理在于通过空间距离的测量，来确定其他位置结果，这也是我们所常说的定位方法，快速而准确、如在动态测量、快速静态和静态测量中，通过GPS全球定位系统进行定位后，再需要通过复杂的数据运算来求得结果。

1 GPS高程测量在航道测绘的应用现状

在实际的工程测绘中，通过以GPS加强水下换能器控件探头坐标底部和高程的情况下，判定交换通过测深仪指向定位水深度测量，结果对水高程点定位能从GPS之间的差测量仰角和通过测量水的深度探测仪结合得到，而定位坐标点是换能器的坐标，GPS可以实时测量点高程结合RTK模式坐标测量，如图1所示，用于精确定位几乎达到厘米标准。

GPS-RTK 技术在航道工程测量中的应用，主要是利用差分原理。测量环节中，能够从测量对象的位置、相位以及距离等方面进行技术应用。为了准确的实现地籍数据信息的测量，在测量中，还需要选择一个基准站，利用辅助基准站对其提供技术支持，同时还需要接收卫星数据，将基准站的工作与辅助站工作相互结合，对工程测量中的数据信息进行科学修正。

2 GPS高程测量的工作原理

运用GPS技术时，首先测量出工程地区的GPS大地高（E）的数值，以便用来满足高程的拟合要求，然后水平法测量GPS点正常高度（D）的所在测量区域内的目标。获取大地高（E）的GPS点高和正常高度（D）值，下面就可以计算出高度差（即Q）的值，高差的公式为：

Q=E-D

此操作之后，在目标测量区域中的其他GPS点的正常高度由曲面拟合和平面拟合得到。

基于GPS高程测量技术的几个参考值，大地高（E）的数值目前尚不清楚的明确的物理定义。大地高（E）是正常的地面点和基准椭圆法线的距离所参照的椭圆的之间的距离。正高≠正常高，前者是地面点和地平之间的垂直距离，而后者是从地面点到地水准面的垂直距离。所谓的高程差则是地水平与基准椭圆之间的距离。

3 GPS的测量方法及测量数据

3.1 GPS的测量方法

首先，GPS全球定位系统的测量方法重点在于单点定位。相比于其他测绘方法这种测量方法是比较易于操作的，该测绘方法的运行原理是由卫星发出的无线电波来计算出某一个点的三维坐标值。在一般情况下，单点定位测绘方法最多能够从四个卫星接收信号并进行运算。但这种方法的缺点是需要接收线或天线来确定三维坐标值。所以这种测量方法所得出来结果存在着的精度不够高的情况，在定位测量时往往不利于单点定位。

然后，是相对定位，相对定位含括有：动态测量、快速静态测量、静态测量，当操作的动态测量方法时，是在该区域确定选择的一个点作为基准点，使用的天线与接收跟踪卫星可见，与静态测量相比，动态测量精度尚比不上静态测量精准。而操作快速静态测量也是需要选择一个参考点，以保持对基准的原控制点上设置一部接收器保持不变，其他接收机，用于观察。

针对静态测量的时将两个以上的天线和接收器置于多基准线的两端，以接收和处理卫星信号，该测定法是所有GPS测量方法中精度最可靠的一种，还有不常用到的测量方式是实时动态测量。

3.2 GPS的测量数据处理

基于GPRS测量数据处理主要概括两主面：首先是对数据预先处理和GPS网平差。数据预处理的目的是获得由统计原始数据的全球定位系统的基准矢量和排序，并且在整个过程的下一个步骤制备。GPS网的调整的操作原理是利用一个点作为3D点和坐标变换，GPS网标和平差处理是在一个时间进行。

4 GPS测量的误差分析

之所以产生GPS 测量的误差，重点应关注以下几点：即信号传播影响、卫星相关影响、接收线相关影响等。

4.1 信号传播影响

在地面40 km区域之上属于对流层气流，通过对流层的GPS信号传播路径极易发生弯曲，从而产生测量距离偏差，此种现象被称为折射误差。可以通过使用同步测量数据被减少所造成的测量距离所致误差。多途径误差影响着GPS测量精度，其是一个存在的重要因素。测量过程中，在目标测量对象内的大部分区域会对卫星信号起到反射作用，从而产生一定的偏差。应对这种情况可对天线过行加装抑径板，它是能够抑制反射信号中的干扰因子。电离层是一种的接地高50～1 000 km的介质层，并与发生折射流层（Nagareso）相似，弯曲电离层通过的GPS信号，得到的电离层折射误差信号路径——是电离层的折射误差，通过同步观测和互动观测可起到减弱误差的作用。

4.2 卫星相关影响

共体现在以下一些方面：

①星历误差。即卫星实时位置和卫星实际位置之间的误差。通过设置在同一个卫星作多个观测站点观测相对是有效的途径。

②相对论效应，发生在形式不同的接收器和卫星时钟误差。要想减少这种误差可保持钟机和卫星时钟的相对独立性运作。

4.3 接收线相关影响

在应用中响应于天线相位中心的位置的误差，这是位于该天线的中心的过程中实际观察引起的误差，该误差体现出错误的接收机天线线中心和一个观测站的中心位置之间的接收机的位置的误差。这一点在观察过程要仔细，以避免减少偏差，或避免，错误操作。接收时钟误差石英表，卫星钟、错误接收钟时三方之间的偏差所致。

5 实际应用分析

5.1 工程案例

长江某处深水航道治理工程将航道自然水深由6 m增深到9 m的水平，使航道满足运输力达大船乘潮进港标准，约5万t散货船乘潮进出港的要求，关于本航道工程测绘中的测量技术，对软土地基沉降观测误差，存在着各种各样的问题，特别是介于本工程的许多地形地势恶劣，处于交通不便的郊区，路径坎坷，它的实际操作若采用传统测量方法相对较难。

5.2 测量效果分析

通过了解GPS高程的参数指标和GPS高程的测量的工作原理，针对在过去的几年里实际的应用中对测量数据的掌据等，本工程利用GPS水准法来进行高程异常的确定，也就是通过GPS测量资料及水准资料来进行高程异常确定的方法，目前常使用的高程异常确定方法有等值线图法和高程拟合法，根据实践证明，高程测量中，在选点密度均匀合理的情况下，利用数学规律来进行似大地水准面的拟合，得出的该地区的高程拟合精度可以达到很高。

本工程测量出来的数据处理采用EXCEL软件读取GPS数据记录，见表1。

数据处理流程：RTK数据剔除→当锁定表示4时（保留）→当数什为5或1时剔除→载波数据过滤→检测→清除→25 min的数据（ 1次/s）平滑处理→平差计算→确定观测精度。

根据半圆体稳定和沉降计算，施工初期，在石堆基础和结构的引力重量作用下，会产生30 cm的沉降，此沉降量计算值在①标段的地基监测中得到验证，且沉降的历时曲线也是比较接近的。通过由设计提供的计算沉降与实测沉降的结果对比，实测值一般与计算结果相符，通过土壤沉降的观测的测定值可以推断土壤的固结强度来验证排水处理效果。

6 GPS高程测量建议

①GPS高程测量技术被航道工程建设广泛地应用，迫使从业工作者在航道建设时对GPS高程测量数据的精度提高越来越多的关注，以下基于GPS高程测量精度控制问题几点建议：用高程拟合法实际的点位高程，然后在通过与该点位的水准资料数据来对比从而得出高程异常值，即其差值。差值越小证明精度越高。

②在GPS的高程测量过程参考高精度基准网。

③测绘过程尽量使用双频的型号相同的GPS接收机。

④对大地差的测量精度作提高，预先了解卫星预报，GPS网的设计要科学，测量时观测区域内周围环境。

7 结 语

在实际工作中经常可见，在进行水运地形测量的过程中，应用GPS 技术的同时，还可以结合测深仪，进一步更加测量快速与作业效率高，同时保证测量的精确度。 当下，水下测量在许多的水库、河流或航道中得到了广泛的应用。 然而，由于许多地区对水下测量的要求标准不相同，因此，其中还是存在很多的问题亟待解决。而GPS高程测量技术在航道测绘中的运用，省力、省时、不通视、效率高值得业界的大力推广。

参考文献：

[1] 张高兴，李忠金.GPS 结合全站仪在矿山地面控制测量中的应用[J].矿 业工程，2006，（05）.

[2] 程丛顺，朱保平，祁洪山.特殊困难地区全站仪三角高程测量之实践[J]. 淮海工学院学报（自然科学版），2009，（S1）