水利测绘中GPS高程拟合应用要点分析

王 然

（菏泽市水利建设工程有限公司，山东 菏泽 274000）

水利测绘在现代生活以及经济发展中扮演着至关重要的角色，可以说水利测绘工作关系到了区域水体结构的稳定性以及区域经济发展的稳定性，长期以来，我国对水利测绘工作的开展十分重视。目前，水利测绘工作经过十几年的发展，已经积累了相当丰富的行业经验，并且建立了较为健全的水利测绘工作体系。但是随着工业时代的发展以及水体污染问题的逐步严峻，我国现有的水利测绘工作方案中的弊端以及不足之处逐渐暴露出来，不断推动水利测绘工作在与高新技术之间的应用和融合成为了相关部门研究的热点话题。

GPS高程测量技术在水利工程测绘中显示出独特的应用优势。该技术在水利测绘中的应用，对于现在我国水利测绘的工作体系的进一步完善以及测量结果的准确性具有至关重要的意义。但是GPS高程拟合技术在应用过程中对于技术性的要求较为严格，同时也需要注重结合区域水利实际状况选择合适的应用方法，才能够获得准确的数据信息。传统的水利测绘工作中，依然采用水准测量的方式进行高程控制测量，这种测量方式需要投入大量的人力和物力，同时，在其测量结果还会受到多种外界因素的影响。而GPS高程拟合技术的出现，使水利工程的高程控制测量工作效率得到了进一步的提升，同时其测量的精准度也相当可观，因此，不断研究GPS拟合高程测量技术成为了目前我国水利测绘工作新的发展方向。

1 GPS高程拟合技术的应用原理

GPS高程拟合技术又被称作GPS拟合高程测量方法，本质它是利用卫星全球定位系统的测量技术，直接与地面测量点连接或间接确定地面测量点的正常高度的一种方法。（如图1）。GPS高程拟合技术在应用过程中不会受到水体周边自然环境的影响，因此具有良好的应用效果。这项技术在我国经过了多年的发展后，已经取得了较为丰厚的应用经验，在应用GPS高程拟合技术时，可以通过间接确认的方式了解到地面点的正常高程。通过卫星定位系统直接测得测量区域内部所有GPS的大地高之后，在测量区域范围内，选择若干个能够满足高程拟合计算需求的定位点，也被称为GPS点，再用水准测量的方式取得这些GPS点的正常高值，之后在计算GPS点的大地高与正常高值之间的差异性，并且以这一计算结果为前提条件，通过平面或曲面拟合进行高程拟合的数学模型方法，可以得到测量区域其他GPS点的正常高度，由此可见，在采用GPS高程拟合技术时高程异常差值的计算精确性是实现GPS高程拟合度准确性的前提条件。除此之外，GPS高程拟合技术测量精确程度也较高，目前，通过这种测量方法，已经能够将水利测绘工作中的高程测量数值缩小到厘米级，正是因为GPS高程拟合技术不受外界干扰、测量精确程度较高的应用优势，目前，这项技术已经在水利测绘工作中得到了广泛应用。

图1 地面点的高值图

通过GPS高程拟合技术的应用原理不难看出，其中，计算高程异常差值是确保GPS高程拟合最终结果精确性的前提条件。目前，GPS高程拟合技术中常用的高程异常差值计算方法有以下两种类型。第一，等值线图法。采用等值线图法计算高程的差值具有较高的精确程度，特别是在测量区域范围内地质条件较为复杂的环境下能够起到更好的应用效果。但是采用等值线图法在测量过程中需要依赖先进的测绘技术以及测量设备，同时与工作人员的测绘水平之间也具有密不可分的关系，因此，等值线图法计算高程差值的可行性限制较大。第二，解析法。采用解析法计算测绘区域内的高程差值，事实上，它是从数学原理发展而来的。工作人员需要根据测绘区域的实际高程建立拟合的数学模型。数学模型建立后，工作人员可将GPS点对应的坐标点等参数输入到数学模型中，计算机模型可直接计算高程异常。该方法的应用和计算依赖于数学算法的研究。目前常用的高差拟合方法有加权平均法、平面拟合法等。

以上所说的两种高程差值计算方法，在我国已经具备了丰富的应用经验，同时在GPS高程拟合技术中的应用也较为成熟。

2 水利测绘工作的技术要求

水利测绘工作其实就是水利测量以及水利绘图工作的结合。现代社会生活中，人们可以利用计算机技术、互联网通信技术、空间科学技术和信息技术，结合全球定位系统，遥感定位系统和地理信息系统基于土地规划的范围内已有的特征点和边界，反映水土状况的位置信息，然后根据不同项目的实际需要，对信息进行整合分类，为工程建设的规划和管理提供精准的数据支持。水利源测绘属于测绘工程的一大类，需要进行测绘工作，特别是对测绘区域的地表水和水质分布进行测绘。我国地域辽阔，有丰富的水资源，但由于地形条件的差异水资源的分布在我国的北部和南部显然是不同的。因此，如何实现水资源结构的均衡配置和水资源的高效利用一直是我国发展中的热点问题之一。为了实现水资源的合理配置和高效利用，有必要充分了解我国水资源的现状和其他水资源信息，为水利工程的建设和规划提供数据支持。

2.1 水利测绘工作中要求测绘内容的全面性

水利测绘对水体分布信息的综合性提出了更严格的要求，水利工程本身是一项复杂的综合性工程。一般来说，大型水利工程的设计范围很广，因此，在规划建造工程时，需要考虑不同的因素。为了规避水利工程后续施工中的安全风险和作业问题，水利测绘工作需要为水利工程的发展提供更全面的信息，为水利工程设计人员合理、准确地规划水利工程提供数据信息。

2.2 水利测绘工作对于内容精确度要求较为严格

水利工程施工设计中的设计数据会直接对后期的施工产生较大的影响，而水利工程建设施工数据的准确性也与周边地区的水利状况之间具有密不可分的关系。如果在水利工程施工规划之前没有得到准确的测绘数据支持，就可能会导致施工过程中发生工程偏差问题，为周边地区的经济发展带来不利影响。因此，水利工程的开展对于此水利测绘数据的精确性要求较为严格。

2.3 在复杂地质条件下也能够实现精准的测绘工作

我国南北方地区地形差异性较大，许多大河流经地质复杂的地区，尤其是中国西南边境地区，由于地貌地形的奇特性，就会导致地下河道以及地上水流流经的地形环境十分复杂，这就需要水利测绘工作能够适应复杂地形条件下的应用，即使在重峦叠嶂的复杂地形条件下也能够得到精确的测绘结果。

3 GPS高程拟合技术在水利测绘工作中的应用要点

3.1 合理地控制GPS高程拟合技术的测绘网点

GPS测绘网点的控制是确保高程拟合技术测绘结果精确性的前提条件，GPS控制网络建设需要根据不同地区的地质条件和水流情况进一步确定。以南方水利测绘工作为例，在蚌埠地区需要测绘区域附近的河道建立了GPS控制网络。经工作人员进一步确认当地地形和水文情况后，发现该地区为平原地区，水流流经的地区地形变化较为平缓并不存在重峦叠嶂的山地。因此，针对这种平缓区域的GPS高程拟合技术应用，需要将GPS的控制网点选择在河道附近。并且根据测绘工作中需要观察的内容信息，本项目选择南方S86t动态GPS作为GPS控制节点，根据该次测量中地形条件的复杂状况选择GPS D级高程拟合精度测绘，工作过程中需要运用Gnssadj软件进行高程差异值的计算。本次工作范围长度设计到了30 km，为了确保高程拟合结果的准确性，在控制区域内部找到了25个控制点，控制点之间的距离需要根据当地地形的变化进行微调。在地形较为平缓的区域控制点之间的距离，基本控制在3000 m~8000 m之内，不同控制点能够观测到的高层精确度也有一定的差异性。

3.2 GPS高度拟合技术中平面拟合和曲面拟合的应用要点

平面拟合和曲面拟合的精度是GPS高度拟合技术的关键，对于水利测绘工作的结果精确性具有至关重要的影响。因此，GPS高度拟合技术中的平面拟合技术和曲面拟合技术的应用需要深入研究。或者以中国南方和蚌埠地区的GPS高度拟合测绘工作为例，在该次水利测绘工作中需要进行平面点的拟合工作。在开展高程拟合技术之前，需要根据测量区域的实际状况，在测量区域范围内，选取6个监测点作为已知点，均匀分布在GPS测高网络范围内。而在该次GPS控制网络内共涉及到了25个监测控制点，从中选取6个测量已知点后，其余19个控制点就需要作为本次测绘工作的拟合点。在完成对已知点和拟合点的选择之后，就应该进行曲面拟合工作。为了计算曲面拟合模型，测量的控制点必须大于平面，计算的控制点必须大于平面。因此，在蚌埠地区水利测绘工作中的25个GPS控制点中，需要选取10个控制点作为曲面拟合的已知点，其余15个控制点作为曲面拟合的拟合点。通过平面拟合与曲面拟合的结果来看，两种方法计算的结果差异性不大。

3.3 对GPS高程拟合技术中精确度的测评工作

精确度的测评工作是GPS高程拟合技术工作应用的要点，同时也是保障GPS高程拟合工作结果精确度最为关键的一步。目前，在水利测绘工作中，采用GPS高程拟合技术，常见的精确度测评方法为往返测评方法。这种测评方法就是需要在进行测绘的过程中根据当地的地质条件以及水流状况，制定合理的工作路线，在采用GPS高程拟合技术获取到相关的水利观测信息之后，对测绘信息进行拟合整理工作。在完成上述操作之后，已经得到了GPS高程拟合测绘的结果，然后再按照该路线进行返回，在返回过程中进行二次观测工作。

通过比较两次观测中GPS高程拟合技术的测量结果，就可以对GPS高程拟合工作的完成度以及工作结果的精确性进行评价，即使在评价过程中发现GPS高程拟合技术结果出现精确度问题，也可以进行及时调整。

4 结语

综上所述，从蚌埠地区的水利测绘工作实例不难看出，在长度为几十千米内部的小范围带状区域，采用GPS高程水利测绘测量方法代替传统的水准测量技术能够达到四级水准精度。而在测绘工作开展过程中，需要注意控制GPS测绘技术区域内部的监测点，通常情况下，每一个控制点之间的距离不得超过10 km，而在测绘工作中选取的拟合点应该均匀地覆盖在整个测量区域内。除此之外，还应该根据测绘区域的地质水文条件，选择合适的数学计算模型，对一些较为平坦的区域采用平面拟合模型，对一些山区起伏较大的区域使用曲面拟合模型。与此同时，还应该采用精确度测评方式来对GPS高程拟合技术的测量结果进行分析，从而为区域水利工程的建设和运行提供准确的数据支持。