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GPS水准测量在渭河中下游河道测区中的应用

2012-06-13史晓峰

科技传播 2012年2期
关键词:水准测量渭河测区

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

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