摘要:文章结合某电厂水源工程,详细论述了GPS和水准测量相结合的基本原理及工作方法,并得出了有益的结论,对今后类似的工程具有一定的借鉴作用。 关键词:GPS;水准测量;应用
4006-054-001 立即咨询发布时间:2022-10-05 21:44 热度:
摘要:文章结合某电厂水源工程,详细论述了GPS和水准测量相结合的基本原理及工作方法,并得出了有益的结论,对今后类似的工程具有一定的借鉴作用。
关键词:GPS;水准测量;应用
1概述
目前,在工程测量中,一般使用GPS完成平面控制测量,而高程的获取则采用水准测量或三角高程测量的方法。这种方法适合于测区面积较小、控制点较少的工程。对于测区面积上百平方公里、控制点较多的水源工程不适合。由于GPS高程系统的特殊性,GPS高程还不能直接使用,因此只有将GPS和水准测量相结合,综合利用GPS成果和水准测量的结果,才能把GPS高程转化为实用的正常高。满足工程的需要。
2基本原理
2.1几种常用的高程系统
常用的高程系统包括大地高程系统、正常高系统和正高系统。大地高程系是以椭球面为基准面的高程系统。大地高的定义是,由地面点沿通图1
过该点的椭球面法线到椭球面的距离,通常以H表示。GPS可以直接测量测站在WGS-84椭球中的大地高;正高系统是以大地水准面为基准的高程系统,正高是指由地面点沿该点的铅垂线至大地水准面的距离,通常用Hg表示;由于正高无法精确测定,工程中采用正常高系统,即我国采用的高程系统。正常高是指地面点沿铅垂线到似大地水准面的距离,通常用Hr表示。如图1所示。
2.2GPS大地高和正常高的关系
由图1可知:
Hr=H-ξ(式2-1)
其中ξ为似大地水准面的高程异常。
似大地水准面与椭球面的高程差,称为高程异常。
由于似大地水准面是一个不规则的曲面,高程异常无法精确求得。因此目前常用的方法是根据测区内若干已知高程(通常为正常高或海拔高),来拟合确定各点的高程异常值。
设GPS基线向量网经三维无约束平差后,求得各点的大地高平差值为Hi,已知网中有m个点(网内总点数为n个,m<n)具有正常高Hr,根据式(2-1)可知:
ξi=Hi-Hri(i=1,2,3⋯,m)(式2-2)
设测区内ξi可用一多项式来拟合
ξi=a0+ai∠Bi+a2∠Li+a3∠Bi2+a4∠Li2+a5
∠Bi∠Li(式2-3)
其中∠Bi=Bi-;∠Li=Li-
=;=
则根据m个点的ξi值,列方程求得多项式(2-3)中的系数。当m≥6时可确定所有系数,当m≥3且m<6时可确定a0、a1和a2三个系数,当m<3时只能确定a0一个系数。所以这种方法至少需要三个已知高程点。当已知高程点分布均匀且测区内地形平坦时,这种方法拟合确定的ξi精度可以达到10-20cm,甚至优于5cm。在确定了多项式(2-3)中的系数后,即可应用该式求j点(j=m+1,m+2,⋯,n)的ξj,然后有
Hrj=Hj-ξj
得到各点的海拔高程值。
3GPS和水准测量相结合在某水源地复查综合评价工程中的应用-
3.1工程概述
本次工程经分析和计算,最终为甲方提供电厂水源地复查综合评价报告。面积约为860Km。最大高程210米,最小高程180米,平均高程195米,地势较平坦。本次测量工作的主要任务是为地质专业提供民井的坐标和高程。由于测区面积较大,国家三角点及水准点破坏严重,民井数量较多,加之时间紧、任务急,因此决定采用GPS和水准测量相结合的方法,测定民井的坐标和高程。
3.2工作方法
3.2.1收资及分析
通过收资发现,三个三角点分布在测区的中部且呈东西方向排列;两个水准点分布在测区的南部且相距16公里。由于水准点没有均匀分布在测区且数量较少,无法满足高程拟合的要求。因此必须在测区布设水准网。
3.2.2GPS测量
(1)布网方案
在测区中轴线附近选择民井G11、#10和G45为基准站,布设星形GPS网。
(2)作业过程及使用仪器
采用四台JavadGPS接收机,按快速静态作业模式,一台GPS接收机分别架在G11、#10和G45保持不动,其他三台流动,观测20分钟,并纪录点号和仪器高。输入数据采用随机软件“PCCDU”,基线解算和平差采用随机软件“Pinnacle”。满足本次工程的要求。
(3)成果精度评定
基线解算及平差后成果精度见表1单位:mm
3.2.3水准测量
水准测量采用四等水准。
3.2.4拟合高程
采用四等水准测量的方法在GPS网的周边和中部联测了10个GPS点、2个三角点。采用随机软件“Pinnacle”进行高程拟合。
GPS网高程拟合的精度见表2。
3.3检查
检查点采用G15、G36、#30、#41。
检查点的精度见表3。
4结语
(1)GPS和水准测量相结合适合大面积、地势平坦的水源工程。
(2)检查点要均匀分布在网的四周和中部。
(3)和常规方法比较,可以节约三分之二的水准工作量。就此工程来说,所有民井的高程若采用水准测量的方法测定,需四等水准约600公里;而采用GPS和水准测量相结合的方法,只需四等水准约200公里。
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