GNSS测绘技术在跨河水准中的运用

GNSS测绘技术在跨河水准中的运用

石磊  宓家浩

山东高新岩土工程有限公司  255000

摘要：GNSS测绘具有全天候、无须通视、易操作、快捷高效的特点，广泛用于大地测量、工程测量、航空测量及水下测量等领域。本文主要讲述GNSS跨河水准的基本原理;结合长江安徽段跨河水准测量实例,介绍GNSS跨河水准测量的施测步骤、数据处理、精度统计和误差分析等内容。为同类测绘工作提供经验。

关键词：GNSS；测绘技术；跨河水准；运用

1概述

传统的跨河水准测量方法有：光学测微法、倾斜螺旋法、经纬仪倾角法、测距三角高程法。这些方法测量距离短，跨河点必须通视且高差不易过大，天气影响大，操作难，作业效率低。GNSS跨河水准测量是利用GNSS测量两岸观测点的大地高高差，水准仪分别测量河流两岸观测点的正常高高差，求解跨河点间的高程异常变化率，计算得到跨河点的正常高高差。

2 GNSS跨河水准基本原理

2.1大地水准面差距和高程异常

大地水准面是重力等位面，即物体沿贯穿其上的重力线方向移动，重力不做功的面。由于重力场受地球形状、内部密度分布不均和地面负荷的影响，大地水准面是一个不规则的、连续起伏的曲面。沿贯穿铅垂线方向，大地水准面至参考椭球面的距离，称为高程异常ζ。高程异常ζ与大地水准面差距N之间的关系为：ζ=N+Δh，式中Δh为正常高与正高之差，对于一定的地区，在一定时间内可以认为是不变的。因此，大地水准面差距N与高程异常ζ具有相同的精度，且分布规律也一致。在GNSS测量中，直接获得的是大地高H，要得到正常高h，必须加上高程异常ζ，即h=H+ζ。而ζ是未知的，必须通过水准测量获得。在跨河水准测量中，如果能够测得两岸观测点间的高程异常变化率Δζ/Δs，就可以推算出跨河点间的高程异常Δζ，进而得到跨河点的正常高h。

2.2 GNSS跨河水准测量的数据处理

GNSS跨河水准测量的数据处理主要包括大地高的获取、高程异常的计算和跨河点正常高的推算。大地高的获取通过GNSS接收机观测到的卫星信号进行解算，获得观测点的大地坐标（经度、纬度、大地高）。高程异常的计算则需要结合水准测量数据，通过求解两岸观测点间的高程异常变化率Δζ/Δs来实现。在实际操作中，首先需要选取合适的两岸观测点，确保GNSS信号接收质量良好且两岸通视。然后，利用GNSS接收机进行观测，获取大地高数据。同时，使用水准仪进行两岸观测点的水准测量，获取正常高数据。通过计算两岸观测点间的高程异常变化率Δζ/Δs，可以推算出跨河点间的高程异常Δζ。最后，结合GNSS获取的大地高数据，推算出跨河点的正常高h。数据处理过程中，需要注意误差的来源和影响，如卫星分布、大气延迟、多路径效应等，以提高测量精度和可靠性。

3 GNSS测绘技术在跨河水准中的运用途径

3.1精心挑选跨河测量点

在进行GNSS跨河水准测量之前，选择合适的测量点是整个测量工作的基石。这些测量点不仅需要满足GNSS接收机的观测要求，如信号接收质量良好、无遮挡等，而且两岸观测点之间还需保持良好的通视条件，为水准测量提供便利。在挑选测量点时，地形、地貌、河流水位等自然因素也不容忽视，这些因素将直接影响测量结果的准确性和可靠性。

为了确保测量点的质量，我们可以采用多种手段进行评估和筛选。例如，可以利用地理信息系统（GIS）技术，对候选测量点进行空间分析和可视化，从而快速识别出潜在的问题区域。此外，实地考察也是必不可少的环节，通过实地踏勘，我们可以更直观地了解测量点的实际情况，确保所选点位的合理性和可行性。

3.2优化GNSS接收机配置

首先，我们需要根据测量需求选择合适的接收机型号和数量。例如，对于大型跨河项目，可能需要使用多台高性能接收机以确保足够的观测数据。

其次，对接收机进行精确设置和校准也是至关重要的。这包括天线高的精确测量、气象参数的准确输入等。通过这些设置和校准，我们可以减少系统误差，提高测量数据的准确性。

此外，我们还需要考虑接收机的数据处理能力和存储容量等因素。随着GNSS技术的不断发展，现代接收机通常具备强大的数据处理能力和大容量的存储空间，这为我们提供了更多的数据处理和存储选项。

3.3引入高程异常模型

为了提高GNSS跨河水准测量的精度，我们可以引入高程异常模型。高程异常是指GNSS测量得到的大地高与正常高之间的差异。通过引入高程异常模型，我们可以对GNSS测量得到的大地高数据进行修正和校正，从而得到更准确的正常高数据。

在实际应用中，我们可以根据测区内的重力场数据、地形地貌信息等，选择合适的高程异常模型进行计算。同时，我们还可以结合水准测量数据对模型进行验证和优化，以提高模型的适用性和可靠性。

通过引入高程异常模型，我们不仅可以提高GNSS跨河水准测量的精度，还可以为后续的工程建设和规划提供更为准确的高程数据支持。

3.4强化数据质量控制

在GNSS跨河水准测量中，数据质量控制是确保测量结果准确性和可靠性的重要环节。首先，我们需要对原始观测数据进行严格筛选和检查，剔除异常值和不合格数据。这可以通过设置合理的阈值和条件来实现，例如剔除残差超过一定范围的数据点。

其次，对处理后的数据进行精度分析和评估也是必不可少的。我们可以通过检查观测值的残差、重复观测的一致性等指标来评估数据的质量。如果发现数据存在异常或不一致的情况，需要及时查明原因并采取相应的措施进行纠正。

此外，我们还需要考虑误差的来源和影响，如卫星分布、大气延迟、多路径效应等。针对这些误差来源，我们可以采取相应的措施进行控制和纠正，例如优化卫星分布、选择合适的时间段进行观测、使用差分技术等。

通过强化数据质量控制，我们可以确保GNSS跨河水准测量结果的准确性和可靠性，为后续的工程建设和规划提供有力的数据支持。同时，这也体现了我们在测量工作中对精度和质量的追求和坚持。

3.5充分利用现代技术手段提高测量效率

首先，我们可以利用无人机技术进行空中测量。无人机具有机动性强、灵活性高等优点，可以快速获取测区的影像数据，为后续的测量工作提供丰富的信息支持。通过无人机获取的影像数据，我们可以进行三维建模和地形分析，为GNSS跨河水准测量提供更加准确的背景信息和参考依据。

其次，我们还可以利用大数据和人工智能技术进行分析和预测。通过对历史测量数据的挖掘和分析，我们可以发现其中的规律和趋势，为未来的测量工作提供有益的参考。同时，利用人工智能技术，我们还可以对测量数据进行智能处理和分析，提高数据处理的效率和准确性。

此外，我们还可以利用云计算和远程控制技术实现测量数据的实时传输和处理。通过云计算平台，我们可以实现测量数据的实时上传和共享，方便团队成员之间的协作和交流。而远程控制技术则可以帮助我们实现对测量设备的远程监控和操作，提高测量的自动化程度和效率。

通过充分利用现代技术手段提高测量效率，我们可以更好地应对复杂的测量环境和任务要求，提高GNSS跨河水准测量的整体水平和质量。同时，这也体现了我们在测绘工作中对技术创新和进步的追求和坚持。

结语：

GNSS测绘技术在跨河水准测量中具有显著的优势和应用价值。通过实例分析，验证了GNSS跨河水准测量的可行性和有效性。与传统测量方法相比，GNSS跨河水准测量具有全天候、无须通视、易操作、快捷高效的特点，可以大大提高测量效率和精度。随着GNSS技术的不断发展和完善，其在跨河水准测量中的应用将更加广泛和深入。未来，可以进一步探索和研究GNSS测绘技术与其他测量技术的融合应用，提高跨河水准测量的精度和可靠性，为相关领域的发展提供有力支持。同时，也需要关注误差的来源和影响，加强质量控制和技术创新，推动GNSS测绘技术在跨河水准测量中的进一步发展。

参考文献：

[1]张林.GNSS测绘技术在跨河水准中的运用[J].中华建设，2024（3）.

[2]董莉，张慧. GNSS技术在水利工程测绘中的应用[J].产业科技创新，2023（8）.