水利测绘工程中GPS高程测量的应用
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【摘 要】水利工程的地理条件困难，地形较复杂、交通不便利普遍。但是，我国水准点稀缺，水准的测量线路较长，所以，我国高程测量极为困难，具有挑战性。当前，GPS高程测量，实现了四等精度要求。满足了水利工程的中、小形图图根精度要求。由此来看，GPS高程测量推广意义重大。本文主要针对GPS高程测量的概述、对GPS高程测量与传统高程测量进行比较、GPS高程测量技术在水利工程测量的应用进行简要分析，仅供参考。
【关键词】GPS高程测量；水利测绘
一、对GPS高程测量的分析
1、对GPS高程测量原理的分析
利用GPS进行测量实质上是一种测距后方交会的测量方法，利用卫星数据可以确保每一颗卫星的具体位置，利用信号由卫星传到接收机的时间可以计算出卫星到接收机的距离，进而可以确定接收机的位置。工作原理是：先直接测量所选测量区域内的所有GPS点的大地高，并通过水准测量方法对若干GPS点测出正常高，同时，采用平面拟合或者是曲面拟合进行高程拟合，最终得到所有GPS高程异差，并通过计算算的测量区域的其他GPS点的正常高。
2、针对GPS测高方法的探讨
GPS高程测量有几种方法，包括等值线图法，地球模型法，拟合法等。其中针对等值线图法，确定点的正常高和正高时必须注意所采用的坐标系统，要通过相应坐标系统的大地高数据来对其正常高河正高进行计算，该方法的结果与等值线图的精确程度密不可分，所以，只有等值线图十分精确，该方法测量结果也就精确了。地球模型法，由于我国的地理位置与环境的不同，适用于他国的地球模型法不太适合用于我国。拟合法，其根本就是因为在范围小的区域中，高程异常具有一定的几何相关性这一原理，采用数学方法，求解正高、正常高或高程异常。
3、对GPS高程测量影响因素的分析
天高线对其影响比较大，因为在使用三脚架的过程中，高度的经常变化导致一定要对天高线进行仔细测量及审核。由于卫星分布的不均，也对GPS高程测量产生着误差，由于卫星的不可控制性，该误差是由GPS测量本质决定的，所以这种误差不可避免的。在GPS测高程时，会通过基线的端点来解算基线向量，所以，由于该起算点的坐标误差，会导致最后结果的不准确性，影响到GPS高程测量的精确度。同时，不明显的因素，包括天线相位中心，由于天线的机械中心和其电子相位中心不重合，所以，使得测量时不止是要测量电子相位中心的平均位置相对于天线机械中心的变化，更是要定义整个可见天球相位中心的变化。
二、对GPS高程测量与传统高程测量进行比较
1、GPS高程测量与水准测量的比较
几何水准测量有通视要求就限制了单站水准路线的长度，降低了测量的效率。水准测量会受到外界条件如大气折光的影响，而GPS高程测量则不会受到外界条件的影响。而且测量结果的是均是高差，是一个连续测量的过程，必须由一个已知点测到未知点，工作量大，无法实现单点测量，而GPS可以实现单点测量。
2、GPS高程测量与三角高程测量的比较
在国内某民通过实验堆GPS高程测量与三角高程测量进行了分析。实验地点为丘陵地区的民用机场，即使两者的高差互差均在《国家三四等水准测量规范》中四等水准检测高差限差范围内，但是GPS高程测量准确度较高，比三脚高程测量操作更为简单。选择布设控制点无遮挡，使得GPS测量条件非常好，应该完善GPS高程测量技术，使其更广泛应用于社会生活中。
三、GPS高程测量解决的问题
根据《水利水电测量规范》，高成控制的测量氛围基本、图根、测站点测量三种。主要是采用几何水准的测量方法，但是，这种测量的效率比较低。在发挥GPS测量方便省力，同时，对GPS技术的应用，应该更多考虑到测绘学术界，热衷探讨的问题。具体来说，就是GPS观测数据的处理。在大地水准基面，结合和GPS点正常的高度，实现测量精度的四等的实现。一方面，GPS高程测量中，只需要获得纯数学意义的大地高。也就是地面点，沿着法线到参考的椭圆形球面，中间距离长度。但是在实际操作中，几何水准的测量，需要的数据不是大地高H，而是正常的高度h。另外一方面，相似大地水准的测量，主要是利用了测区域周围，及周边加重重力。采用的测量重力方法，主要是Removerestore技术的运用。我们可以采用平面拟合的方法，纠正参数。来完成似大地面水准的精度纠正分析。
四、测量的误差分析
GPS，测量的误差主要是从以下几个方面来考虑的：信号传播相关的误差、卫星相关的误差、接收线相关的误差等。
众所周知，地面40Km以上的区域属于大气层的对流层，GPS。信号在通过对流层时发生的传播路径的弯曲，这就使测量的距离发生了偏差，这就是流层折射误差。可以利用同步测量数据求差已减弱测量距离造成的误差。多路径误差是严重影响GPS测量精度的重要因素之一，在测量中，目标测量对象内的其他区域会反射卫星信号，使其测量值偏差。可以在天线上安装抑径板以抑制不需要的反射信号。电离层是距地面50-1000Km的区域，和流层折射的发生原理一样，GPS信号在经过电离层的时候会发生的信号路径弯曲，从而产生电离层折射误差，这就是电离层的折射误差。同步观测和双频观测可以减弱误差。
卫星相关的误差体现在以下几个方面：卫星的位置与实际位置间的误差即卫星星历误差。可以对同一卫星设置多个观测站观测。相对论效应是接收钟机与卫星钟间在不同形态下产生的误差。可以保持接受钟机和卫星钟的相对独立。
接收线相关的误差体现在以下几个方面：在实际观测过程中，天线相位中心的位置会受到信号的方向和位置的影响，这就会产生天线中心位置的误差。接收机天线线位中心与观测站中心位置间产生的误差即接收机位置的误差。这就要求操作人员在实际观测过程中要谨慎、信心，减少或避免误差。接收机钟误差是石英钟、卫星钟、接收机钟三者之间的误差。
五、GPS高程测量技术在水利工程测量的应用
1、对水利测绘的分析
水利工程测量是为水利工程建设服务的专门测量，水利工程测量的主要工作内容有：平面-高程控制测量、地形测量、纵横断面测量、定线和放样测量、变形观测等。规划设计阶段的主要测量任务是对天然河道、河口、湖泊、坝区、库区、灌区、垦区等进行平面-高程控制测量、地形测量、纵横断面测量、地质勘察测量以及渠道和线路工程的初测。对水库工程，在设计阶段的后期，一般还要初测水库淹没界线。施工阶段的主要测量任务是布设施工控制网，测设工程建筑物轴线和轮廓点，进行设备安装测量和隧洞贯通测量，测定水库淹没界线，
2、进行工程的竣工验收测量
在大坝变形观测设备埋设及地壳形变观测网布置完毕后，开始先期观测，工程运行阶段的主要测量任务是建筑物变形观测和地壳形变观测。对重力场模型内插法的分析。通过对全球或是局部的重力场的模型计算求出高程的异常值，并结合水准测量和一定的内插方法，实现测得GPS大地高高程转换中应用较多，且精度要求很高。该方法可以应用于水利测绘工程，其效果显著于传统高程测量。
结束语
虽然GPS具有一些缺点，但与其优点相比，其缺点微不足道，但我们不能忽视缺点，应精确测量，改善细节，更应鼓励GPS的发展与研究。GPS高程测量在水利测绘工程中表现出以前从未出现过的优越性，比水准测量和三角高程测量均优越，所以，政府应加大对GPS高程测量的宣传，使其得到更多的认可与应用，使我国服务建设行业更加完善。
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