GPS高程测量代替三等水准测量探索

摘要：海洋环境监测中心站吕四站跨海水准联测项目，因受地形条件的限制，其跨海水准联测方法选择尤为重要，利用GPS水准测量法进行跨海水准测量，并对其进行分析，对跨海水准测量提出一种应用模式关键词：GPS静态测量；水准连测；跨海水准中图分类号：U469

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随着中国北斗系统的发展，GPS定位技术在我国国土、测绘、交通等领域中得到了广泛的应用，GPS测量的理论和技术也已日趋成熟，GPS精密大地高测定精度可达到毫米级精度。这一技术的成熟为跨海、海河等长距离水准测量另辟方法。1引言 国家海洋局南通海洋环境监测中心站吕四站位于启东市吕四镇北，观测站建有基本水准点、校核水准点及水尺零点。水尺零点离海岸线约3.4公里，为建在海中间的一个独立的工作平台，平台是一个高约14米，长、宽为5米的三层楼的钢混构筑物（如右图）。根据国家海洋局南通海洋环境监测中心站要将校核水准点至水尺零点之间需进行三等精度的水准联测，建立统一的观测基准。

2高程连测

2.1确定方案

实地进行了踏勘，水尺零点至校核水准点约有3.4公里的海面，通视情况与天气相适应，水准连测只能采用跨海水准测量的方法。《国家三、四等水准测量规范》规定可采用直接读尺法、光学测微法、经纬仪倾角法、测距三角高程法及GPS法等方法。考虑至实际距离已超出规范所规定的最大视线长度为2公里的要求，而且对跨海的外界观测条件无法完全掌控，不适宜采用常规的跨河水准测量方法。GPS卫星定位技术具有精度高、快速，不受距离、通视、天气因素等条件的影响。本次联测点位之间高差相对较小，可以采用GPS法测量。 《国家三、四等水准测量规范》规定GPS测量进行跨河水准测量时其技术指标应不低于经纬仪倾角法和测距三角高程法的要求。2.2GPS高程测量基本原理2.2.1概念似大地水准面：它既是一个几何面，又是一个物理面，相当于地球让完全静止的海水面所包围的一个曲面。大地水准面是正高的起算面。正常高：是地面点延铅重力线至似大地水准面的距离，用Hr表示。高程异常：似大地水准面和参考椭球面（WGS84）之间的距离，称为高程异常，用ζ 表示。2.2.2相互间关系大地高与正常高之间的关系可表示为如果知道其中两个量就可计算出第三个量，如GPS测量得到大地高，在知道高程异常情况下，就可计算出正常高。这就是GPS水准测量的原理。2.3GPS高程网的布设水尺零点位于海上，而且只是一个工作平台，条件不能满足《国家一、二等水准测量规范》中GPS跨河水准测量直线的布网方法，考虑本次项目联测点之间高差相差很小，故采用大地四边形方法来布设GPS高程网（见下图）。本次共布设5个点，S1为工作平台GPS点，G1-G3与吕四校核点为岸上点，吕四校核点为岸上跨海点（中心点），并且对G1-G3与吕四校核点进行二等水准连测。布点时将G3点尽量布设在S1与吕四校核点（跨海点）的延长线上，G3与吕四校核点的距离为3.53公里，大于S1到吕四校核点的距离3.46公里，G1与G2因地置宜进行布点，距离接近S1到吕四校核点的距离，布设成大地四边形网。2.4GPS高程网的实施与处理GPS的观测要求按《国家一、二等水准测量规范》来实施，采用双频接受机5台按静态定位模式同时观测，共测定6个时段，每个时段测设2个小时，分上、下午进行测量，整过测量工作量在两天完成。GPS观测注意点：1. 采用强制对中装置。2. 观测台上GPS仪器架设尽量高。3. 仪器高的量取至毫米，并且分三个方向量取，各量取的互差不大于1.0mm。各时段测前测后两次量取，互差应小于1.0mm。

4. 开始时间要统一，每测段有效时间段要达到2个小时。内业计算采用GPS厂家随机软件进行平差，高程拟合计算。2.5成果精度分析根据三等水准检测已测段高差这差≤±20√Li（Li为各检测测段长度，单位km），将水准高差与GPS正常高差进行比较见表1表 1. 检测已测测段高差之差由表1可知水准高差与GPS正常高差之差满足三等水准要求。《国家三、四等水准测量规范》规定GPS测量进行跨河水准测量时其技术指标应不低于经纬仪倾角法和测距三角高程法的要求，其三等要求测回高差互差不大于±20√s（s为最大视线长度），各时段 GPS跨海点（S1-1109）正常高差见表2表 2. GPS跨海点（S1-1109）正常高差从上表可知不同时段高差之差最大为0.0251m，三等要求测回高差互差为±0.0446m。能满足三等高差互差要求。3结语跨海作业受地理环境、天气状况、通视条件等因素影响，作业难度较大。在某些跨海作业中由于通视条件不好或其它一些不可预知情况面造成跨海三角高程测量无法测量时，是否能够用GPS拟合高程代替三角高程测量呢？由此次测量静态数据解算出的GPS拟合高程代替三角高程精度符合三等水准测量规范的要求，这一思路还是具有可行性。当然一次的测量数据还不足以说明问题，还需要用更多的实践来进一步证明这一方法的可行性。参考文献[1]李征航.GPS卫星定位原理与数据采集[M].武汉.武汉测绘科技大学出版社，1995[2]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉.武汉测绘科技大学出版社，2005[3]国家一、二等水准测量规范（GBT 12897-2006）[4]国家三、四等水准测量规范（GBT 12898-2009）[5]孟凡超，曾旭平.运用GPS水准进行长距离跨河高程传递方法探讨[J].公路，2007（1）：40～41