GPS技术在杨柳河测量中的应用

【摘要】本文介绍了水文系统利用GPS配合全站仪，对杨柳河的河道地形、河道断面进行实时监测，现场成图，使GPS技术在水文工程测量中得以成功的应用。

【关键词】GPS；水文；工程测量

1、测区概况

测区位于鞍山市千山区与市区交界处杨柳河鞍山城桥河段，河道上建有公路桥和铁路桥。河道断面变化较大，地形起伏不平，河道内乱采乱挖严重，人工采砂，垃圾脏土到处堆放。同时河堤内树林密集，有高压线、通讯线路多条，河道内有民房、院墙、厕所等民用建筑多处，造成测量不通视。属于地形起伏大，测绘条件极困难地区。测区东部以东鞍山铁矿电气化铁路为界，南部为鞍山城杨柳河大桥南100米，西部为中长铁路桥以下500米，北部为河堤向外200米，测区面积1.30平方公里，按1：500地形图测绘。

2、作业依据

本次测量执行《国家三、四等水准测量规范》、《全球定位系统GPS测量规范》GB/T18314-2001、《城市测量规范》CJJ-1999、《水利水电工程施工测量规范》等规范，测量成果平面、高程的控制精度，按水利部颁布的SL197-97《水利水电工程测量规范》（规划设计规范）执行。

3、工作过程

3.1测前准备

为顺利完成任务，我们采用全球定位系统GPS静态配合动态RTK测量方法进行平面坐标的测量，用三等水准测量方法进行控制点的高程测量。

本次测量共分8个组即GPSA组、GPSB组、GPSC组、全站仪1组、全站仪2组、水准组、河底高程组、综合后勤组。GPSA组的任务是完成静态测量，并作为动态RTK测量时的参考站；GPSB组和GPSC组任务是完成静态测量，并分别作为动态RTK测量时的流动站；全站仪1组和2组负责部分碎步测量工作；水准组负责测区内全部控制点桩顶高程测量；河底高程组负责水下河底高程测量；后勤组负责人员设备运输、全体人员食宿。整个测量制定并贯彻了安全生产责任制，生产过程中仪器设备的安全指定到人，仪器入库养护责任到人。

3.2平面和高程控制测量

本次测量根据分别位于鞍山市啤酒厂、老虎山及鞍山城的三个已知高等级坐标点，在测区内用GPS进行控制测量，其中K1、K2、K3、G2、G3、G4六个控制点平面坐标采用GPS静态测量。观测网见静态GPS观测网示意图。这种布网方式的特点是：观测作业方式具有较好的图形强度和较高的作业效率，其余各控制点平面坐标采用GPS动态RTK测量。测区内全部控制点高程均采用水准高程，水准高程按三等水准要求进行测量。

3、碎步测量

碎步测量分别采用两组全站仪和两组动态RTK进行测量。为了保证此次地形测量精度，全站仪仪器站和GPS参考站的平面坐标采用GPS坐标，高程采用三等水准高程。采集碎步点之前对测站和后视两个控制点间进行了距离和高程检查，以确保控制点使用正确。测量碎步时严格按照地形图测量规范，测区范围内按要求控制高程变化。遇到特殊地形如深沟、较大水坑等情况时，严格控制现场地形。河道堤防形状进行严格控制，地面高程变化大于0.2m进行加密测点，并在备注栏注明各点位地物地貌情况，等高线采用0.5米进行测绘。

4、精度评定

本次GPS测量静态观测网进行平差计算后的精度指标如下：重复基线较差一般为4mm，最小的1mm，较大的为9mm。同步环闭合差最大为15mm，一般为2～4mm，各边边长相对精度不低于1/10万。以上各项均符合限差，因此采用静态测量的6个平面控制点能达到E级标准。图根点平面坐标采用GPS动态RTK测量，RTK一般系统标称精度为1CM+2PPM，测量精度达到厘米级。为了保证此次RTK测量的平面精度，我们在整个过程中注意质量控制检验，采取两种检核方式，一是把已知的国家三角控制点的平面坐标与RTK测量的控制点坐标相比较，结果差值均在1cm以内。二是把全站仪所测的两点距离与RTK测量距离相比较，结果最大误差在2厘米之内。所以RTK平面测量精度能够满足要求。

高程控制测量严格按照三等水准测量各项指标要求，三等水准测量往返闭合差6mm，完全符合限差。

在做碎步高程测量时我们也用到GPS，GPS高程精度不是很可靠，但如果在测区内与水准高程结合能建立一个覆盖测区的高程模型，其高程精度完全能夠满足要求。为了保证此次GPS高程满足精度要求，在测区范围内我们建立了大地水准面模型。我们选择了能够覆盖测区的10个高程控制点，用RTK测量的高程与这10个已知水准三等高程进行匹配，计算出参数，并求出测区的高程异常值。根据高程异常可以得到该地区似大地水准面模型，并建立了测区独立高程系统。本次GPS高程测量采用了此高程系统。为了验证此系统的可靠性，碎步测量前对40个GPS测量点进行了直接水准测量，把GPS所测高程成果与直接水准测量的高程成果进行检验，检验结果为水准所测高程与GPS高程不符值小于3cm，因此本次GPS碎步高程测量精度完全满足要求。

参考文献

[1]彭宇炯.浅析控制水利工程施工成本的对策[J].内蒙古水利，2006.

[2]徐绍铨等.GPS测量原理及应用（3S丛书）.武汉测绘科技大学出版社，1998.

[3]袁光裕.水利工程施工（第四版）.中国水利水电出版社.

[4]陈俊勇，胡建国.GPS技术的新进展，测绘工程，1996年第2期

作者简介

郭富兴（1979—），男，汉族，辽宁省鞍山市人，工程师，现主要从事水利工程测量、水文水资源研究工作。