GPS在山区高程测量的应用

GPS在山区高程测量的应用
秦峰
摘要:研究运州GPS技术测量高程,达到相当于山区四等水准的精度。
关键词:GPS;山区高程;控制测量;应用
一 GPS高程测量
目前,水电站工程大多都建立在山大、沟深、狭窄的地区,交通条件差,观测通视条件不好。运用几何水准,受地形、地貌、植被、交通的限制,费工、费时,很难达到预期的目的,往往造成返工,工期延长,大量人力、物力资源的浪费,给测绘工作带来诸多不便。而GPS高程测量的运用,具有高效率、高精度的特点,给我们带来了很大的效益。2004年我院在洮河流域大庄水电站、多松多水电站联合梯级开发中建立首级控制网时,运用GPS,它克服了几何水准测量的困难,较好地发挥了高科技的优越性。
二工程简介
碌曲县大庄水电站是一座低水头径流式水电站,主要有枢纽、引水系统和电站房三部分组成。枢纽正常蓄水位为2950米,引水隧洞长约400~500米,隧洞出口位于枢纽下游约5公里处,装机IOMW,属Ⅳ等小(1)型工程。多松多水电站的库尾,在大庄水电站尾水以下3公里处,有枢纽、引水系统和电站厂房三部分组成。枢纽正常蓄水位为2910米,引水隧洞长约3000米,装机25MW届Ⅳ等小(1)型工程。
我们应用3台套SMART,2100GPS静态定位接收机,标称精度足5mm+l×l0-6D,用单点移动同步环观测的方法,同步观测有效时间为60min,同步接收卫星个数不少于5个,卫星高度角大于20,采样率是1,PDOP<10,卫星与接收机之间的图形强度较好。
首先在室内设计好网形,然后在实地进行选点,严格按照《水利水电工程测量规范》(规划设计阶段)和《全球定位系统(GPS)测量规范》,(1)选点时注意镜面反射和避开大功率发射源的辐射,保证接收机能很好地接收到信号;点位选埋在牢固可靠、远离障碍物的冻土层以下,谨防埋打点子沉陷和松动。(2)在架设仪器时,进行严密对中,并分别从天线120度角分三次量取仪器高,取平均数。(3)布网时,采用附、闭合线路。为了防止离起算点越远、点位精度越低的问题,中间尽可能联测到已知高程点。(4)内业处理上,剔除了一些信噪比小于40、周跳不规则的卫星测试,边长投影到测区平均高程面上。
经过这次的实践发现,依赖SMART,2100GPS接收机的随机软件Lip,网平差时,海拔高程拟合经过简单平移,就可以达到要求。
在网形拟合平差时,首先使网形有足够的几何强度,从每一个同步环入手,逐个进行平差,以便发现问题,经过基线解算后,如果KATIO<2,RMS>0.02,我们认为基线解算失败。对于基线解算失败的基线可以重新进行补测,否则将影响定位精度。补测后仍然结算不成功的点,对该点进行移动,重新布设。基线解算后,如果RATIO>2,RMS<0.02,认为基线解算成功。基线结算成功后,参加网平差计算。
运用GPS高程拟合法,由于测区面积较小,采用了以下参考数据。平面坐标采用:平移+旋转+尺度,高程拟合:平移。为了同国家新地形图的统一,我们采用XiAn_80坐标系,长轴半径和扁率:6378140.000,298.257000000,中央子午线:10200’00.0000”E(dms),东西向偏移:500000.000(m),南北向偏移:0.000(m),中央子午线投影长度比:1.00000,投影面高程:2910.000(m),求得GPS海拔高程,可以达到四等水准的精度。首先,在整个测区找到了2个国家二等三角点,以这两个三角点为基础,发展了(子网一)GPS三角网。基线数目15,平均长6•616公里,最长基线边是DG01-SJD09、787公里,最短基线是DG01-DG023、484公里,和已知国家三角点的高程进行了计算,海拔高程拟合:

　　由于DG01、DG04是整个测区首尾两个关键的控制点,为了加强它们的平面精度,我们加测了DG01、DG03、DG04这个同步环。下面再看子网二:子网二中,由于EG03这个点处在环形山中,500米以外又有一个变电所干扰,卫星星号周跳图不稳定,为了整个网精度不受影响,在此处删除了这个同步环,以DG03点连式个理了这个点.基线数目共有45条,平均边长1577.68米,最大边长3377.01米,最大高差196米。
作为一个研究项目,我们把DG02,上没进,厂中,DG04,四个已知点作为起算点,中间以EG07,EG04,EG11作为参照点,它们同水准路线结果相比,情况如下表:

按照《水利水电工程测量规范》中,附闭合水准线路指标差规定<=20对K或按山区水准路线测段往返测高差不符值25对K计算,都符合限差要求。如果采用常规的几何水准,在山区每天只能架站80~90站,测程有限.就高差而言,在50天内很难完成工作。可见,GPS这种高科技设备,是常规测无法比拟的,所以说,GPS测高可以小面积应用于山区,代替四等水准高程测量。