GPS高程异常在罗赛雷斯项目中的应用

陶志华

(中国水利水电第七工程局有限公司海外事业部，四川成都 610081)

1 概述

罗赛雷斯大坝加高工程位于苏丹共和国青尼罗河州罗赛雷斯镇，大坝轴线全长27km，其中左右岸土石坝轴线长约26km，为平坦带状施工区域，平均基岩深度约25m。按照传统深基岩水准控制点的建造标准所需工期太长，成本太高。随着GPS技术的广泛运用和普及，不仅提供了高精度的平面控制网，GPS高程精度也达到了毫米级。为了满足土石坝施工规范对高程精度的要求，我们利用区域高程异常等值线和GPS大地高获取区域点位的正常高，取得了较好的效果。

2 高程异常的原理

高程异常是指参考椭球面与似大地水准面之间的距离，记为ξ。某点到参考椭球面的距离为大地高H，到似大地水准面的距离为正常高h。即:

在不考虑起算误差和大陆架上升误差的情况下，高程异常中的误差mξ取决于GPS测得的大地高中的误差mG和水准测量中的误差ms。

通过一系列控制点的高程异常值绘出该区域的高程异常等值线图。随着GPS技术的发展，点位的大地高H很容易得到，然后可以利用高程异常等值线图精确求得某点高程异常ξ，之后即可轻易地求出正常高h。正常高的精度主要取决于GPS大地高的精度和高程异常等值线图的精度。

3 高程异常在罗赛雷斯项目中的应用

3.1 加密控制点的布设

按照GPS选点的要求，加密控制点的布设应远离大功率无线电发射源、高压线等，避开多路径效应并保证卫星截止高度角大于15°。控制点均匀布设于大坝上下游，平均间距1km。由于整个施工区域位于地质环境不稳定地区，且施工前期也不具备建造基岩GPS标石的条件，故我们最终采用埋设普通标石点以求得各控制点的高程异常并定期复测的方式维持加密控制网的准确度。右岸加密控制网见图1。

图1 加密控制网(右岸)示意图

3.2 控制点高程异常的获取

控制网按C级GPS点的要求实施观测，高程按二等水准的主要技术要求实施测量。采用LGO商用专业软件解算处理GPS观测数据，控制网最弱点与大地高的误差为5mm，每km水准测量偶然中误差和全中误差分别为0.8mm和1.5 mm，故最弱点高程异常值的精度约为5mm。控制点成果见表1。

3.3 绘制高程异常等值线

表1 控制点成果表

首先根据控制点坐标绘制点位和高程异常值，然后合理构建不规则三角网，最后利用三角网内插形成高程异常等值线。等值线可以采用直线或样条曲线的形式。该方法类似于地形图的等高线绘制原理，因此通过常用地形图软件即可完成。为了在土石坝施工中更方便地利用等值线图，可以把大坝轴线和桩号等辅助信息综合在高程异常等值线图中。高程异常等值线(右岸)见图2。

图2 高程异常等值线图(右岸)

3.4 求取正常高

测区内任意点可以根据GPS观测获得的点位和大地高，利用区域高程异常等值线图内插出已知点位的高程异常值，从而求出该点的正常高。由于该地区较为平坦，高程异常变化较小且比较均匀，因此，直接从高程异常等值线图上读取高程异常值就足以满足土石坝的施工需要。

另外，在不定期进行施工控制网复测时，只需使用GPS测得控制点的大地高，然后减去相应的高程异常值即可。特别是雨季前后，由于控制点高程变化较大，变化幅度、速度和时间均极不均匀，几乎每周都要复测部分控制点。而采用这种GPS高程异常的方法维持控制网的准确性，其快速准确的优势尤为明显。

4 高程异常的应用及说明

实践得知，该方法复测控制点的正常高误差小于1cm，在平坦和高程异常变化均匀的区域内，随机点的正常高误差均小于1.5cm，GPSRTK施工测量的高程精度约为2cm，满足土石坝施工精度要求。

4.1 适用范围

在水电工程建设中，对高程测量的精度要求较高并全部采用正常高系统。为了充分发挥GPS快速、精准、实时、无需通视的优点，我们可以利用GPS高程异常等值线内插、拟合得到点位的正常高。该方法特别适合于范围较大、轴线较长、地势较平坦的土石坝工程。

4.2 布网和施测说明

利用GPS高程异常法得到的正常高高程，其精度主要取决于高程异常值和GPS大地高的精度，因此，控制网点要求分布于施工区域的周边和中部，点数和密度视区域大小和高程异常变化情况而定，山区控制点密度应适当加大，对地势突变部位应加测控制点。GPS控制点按D级点以上等级施测和解算，采用三等以上等级的几何水准方法联测GPS控制点。在高程异常等值线图确定的情况下，GPS高程的精度应满足施工需要和规范要求。

5 结语

通过GPS高程异常在长轴线土石坝施工中的应用实践，证实了采用GPS高程替代常规水准和三角高程在土石坝施工中是可行的。特别是在带状分布的施工区域或者地质条件不好的地区，施工加密控制网点可以按普通水准标石的标准建造，可大量节约成本和工期，也避免了对加密控制点的频繁水准复测，同时亦使GPS高程控制在长轴线土石坝的施工中得到广泛应用。

［1］董鸿闻，李国智，等.地理空间定位基准及其应用［M］.北京:测绘出版社，2004.

［2］区域似大地水准面精化基本技术规定，GB/T23709－2009［S］.