GPS高程测量技术航道工程测绘中的应用研究付驰

GPS高程测量技术航道工程测绘中的应用研究付驰

付驰张为民

长江航道测量中心湖北武汉430010

摘要：随着全球经济的一体化和社会经济的发展，加上现代科学技术的进步与发展，使得全球范围内的信息流通量与传递量不断增加，这在很大程度上给人们生活带来了极大便利。与此同时，GPS测量技术的应用与推进，也极大地促进了工程测绘技术的发展。尤其是现代人们对工程测绘技术精度要求越来越高的情况下，GPS测量技术更是促进了测绘技术的规范化、高效化发展，使其受到极高的关注度。

关键词：GPS高程测量；航道工程；测绘；应用；分析

1导言

CPS技术的开发时间虽然不久，但其在各领域的应用已经相当广泛、在水运地形图绘测工程中，GPS技术的应用能够极大提高工程的精确度，且更加简便操作，几乎能够全天候工作，不受限制。运用GPS全球定位系统实现定位的原理在于通过空间距离的测量，来确定其他位置结果，这也是我们所常说的定位方法，快速而准确、如在动态测量、快速静态和静态测量中，通过GPS全球定位系统进行定位后，再需要通过复杂的数据运算来求得结果。

2GPS高程测量在航道测绘的应用现状

在实际的工程测绘中，通过以GPS加强水下换能器控件探头坐标底部和高程的情况下，判定交换通过测深仪指向定位水深度测量，结果对水高程点定位能从GPS之间的差测量仰角和通过测量水的深度探测仪结合得到，而定位坐标点是换能器的坐标，GPS可以实时测量点高程结合RTK模式坐标测量。GPS-RTK技术在航道工程测量中的应用，主要是利用差分原理。测量环节中，能够从测量对象的位置、相位以及距离等方面进行技术应用。为了准确的实现地籍数据信息的测量，在测量中，还需要选择一个基准站，利用辅助基准站对其提供技术支持，同时还需要接收卫星数据，将基准站的工作与辅助站工作相互结合，对工程测量中的数据信息进行科学修正。

3GPS测量技术的特点

3.1功能较多应用广泛

GPS可以为各类用户连续实时的提供动态目标的三维位置速度和时间信息，因此它不仅可以用于测量和导航，还可以用来测速测时。随着GPS测量技术的不断发展，它的应用领域也在不断扩展。例如，在运动目标的监控与管理方面获得了成功的应用；在测量工作方面，这一定位技术在大地测量，工程测量等各个领域的应用已经十分普遍。

3.2定位精度高

在测量时，采用载波相位法，其精度可以达到1ppm，这也目前其他测量技术所无法达到的。GPS的大量工程应用表明，其相对定位精度在50km以内，相对定位精度可达1mm。在300-1500m工程精度定位中，观测的数据的误差小于1mm，GPS测量技术在高层建筑传递中，其绝对地位平面误差小于5mm。特别是在实时差分定位方面和实时动态定位，定位精度能达到厘米级以及分米级，可以满足各种工程测量的要求。随着观测技术与数据处理方法的改善，GPS测量技术的精准度会得到进一步的提高，为社会经济发展和国民经济建设提供更加可靠的导航定位服务。

3.3观测时间短

在测量时，系统采用静态定位法，以一条基线为标准，结合所需要的观测精度，完成测量工作，时间在1-3h以内，若是采用快速定位法，只需要在短短的几分钟内就可以完成，甚至于几秒钟。随着GPS系统和软件水平的不断提高和完善，以往观测时间通常需要花上几个小时，而如今却只要花上几十分钟，甚至几分种就可以观测到。通常系统采集的数据可以在1h内完成，通过GPS接收器接收数据，并且通过系统处理，确保较高的定位精度，随着现代科学技术的发展，系统硬件设备与软件不断地完善与更新，利用GPS技术，建立起监测控制网，既有利于节省观测时间，而且有利于工作效率的提高，比如：升级后的系统可以在20km范围内达到相对静态定位，并且定位准确、快速，一般只需要16-20min就可完成，若是静态定位，那么在1-2min内即可完成，甚至于只需要几秒钟。

3.4操作简单

由于GPS测量技术在操作时，具有较高的自动化水平，只需要在实际应用时，安装相应的开关设备，并且可以实现远程监控，其所采集到的全面、准确、可利用程度高，比如：在采集气象数据时，整个量取系统和设备均处理高度监视的工作状态，并且与接收机一起，确保工作的自动完成，若是在同一观测站内连续观测，那么系统会与其它的通讯方式和网络方式，将采集到的信息传送储存，并传送至数据处理中心。整个工作过程中，不需要任何人为的操作与看守，全面实现了数据采集与处理的自动化。

4GPS的测量方法及测量数据

4.1GPS的测量方法

首先，GPS全球定位系统的测量方法重点在于单点定位。相比于其他测绘方法这种测量方法是比较易于操作的，该测绘方法的运行原理是由卫星发出的无线电波来计算出某一个点的三维坐标值。在一般情况下，单点定位测绘方法最多能够从四个卫星接收信号并进行运算。但这种方法的缺点是需要接收线或天线来确定三维坐标值。所以这种测量方法所得出来结果存在着的精度不够高的情况，在定位测量时往往不利于单点定位。然后，是相对定位，相对定位含括有：动态测量、快速静态测量、静态测量，当操作的动态测量方法时，是在该区域确定选择的一个点作为基准点，使用的天线与接收跟踪卫星可见，与静态测量相比，动态测量精度尚比不上静态测量精准。而操作快速静态测量也是需要选择一个参考点，以保持对基准的原控制点上设置一部接收器保持不变，其他接收机，用于观察。针对静态测量的时将两个以上的天线和接收器置于多基准线的两端，以接收和处理卫星信号，该测定法是所有GPS测量方法中精度最可靠的一种，还有不常用到的测量方式是实时动态测量。

4.2GPS的测量数据处理

基于GPRS测量数据处理主要概括两主面：首先是对数据预先处理和GPS网平差。数据预处理的目的是获得由统计原始数据的全球定位系统的基准矢量和排序，并且在整个过程的下一个步骤制备。GPS网的调整的操作原理是利用一个点作为3D点和坐标变换，GPS网标和平差处理是在一个时间进行。

5GPS测量的误差分析

5.1信号传播影响

在地面40km区域之上属于对流层气流，通过对流层的GPS信号传播路径极易发生弯曲，从而产生测量距离偏差，此种现象被称为折射误差。可以通过使用同步测量数据被减少所造成的测量距离所致误差。多途径误差影响着GPS测量精度，其是一个存在的重要因素。测量过程中，在目标测量对象内的大部分区域会对卫星信号起到反射作用，从而产生一定的偏差。应对这种情况可对天线过行加装抑径板，它是能够抑制反射信号中的干扰因子。电离层是一种的接地高50-1000km的介质层，并与发生折射流层（Nagareso）相似，弯曲电离层通过的GPS信号，得到的电离层折射误差信号路径—是电离层的折射误差，通过同步观测和互动观测可起到减弱误差的作用。

5.2卫星相关影响

共体现在以下一些方面：一是星历误差。即卫星实时位置和卫星实际位置之间的误差。通过设置在同一个卫星作多个观测站点观测相对是有效的途径。二是相对论效应，发生在形式不同的接收器和卫星时钟误差。要想减少这种误差可保持钟机和卫星时钟的相对独立性运作。

5.3接收线相关影响

在应用中响应于天线相位中心的位置的误差，这是位于该天线的中心的过程中实际观察引起的误差，该误差体现出错误的接收机天线线中心和一个观测站的中心位置之间的接收机的位置的误差。这一点在观察过程要仔细，以避免减少偏差，或避免，错误操作。接收时钟误差石英表，卫星钟、错误接收钟时三方之间的偏差所致。

6结论

在实际工作中经常可见，在进行水运地形测量的过程中，应用GPS技术的同时，还可以结合测深仪，进一步更加测量快速与作业效率高，同时保证测量的精确度。当下，水下测量在许多的水库、河流或航道中得到了广泛的应用。然而，由于许多地区对水下测量的要求标准不相同，因此，其中还是存在很多的问题亟待解决。而GPS高程测量技术在航道测绘中的运用，省力、省时、不通视、效率高值得业界的大力推广。

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