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1、GPS跨河水准测量技术应用 摘要：在江河湖海、峡谷上建立的跨江、跨海的桥梁、隧道越来越多,而传统的高精度跨河水准测量手段,存在精度较低、效率不高等缺点,因此,在现有技术条件下,寻求一种精度优良、效率更高、不受环境影响而又易于推广的跨河水准测量方法,以取代传统高程传递手段势在必行。根据GPS水准测量原理,研究GPS跨河水准的高程拟合方法,采用二次曲线拟合模型对汕头苏某跨河水准GPS测量的观测数据进行分析,提出几点对实际应用有意义的建议。关键词：GPS；跨河水准；应用中图分类号：P228.4文献标识码：A文章编号：引言：传统的跨河水准测量方法有光学测微法、倾斜
2、螺旋法、经纬仪倾角法以及测距三角高程法等,这些方法受交通、气象等条件制约,工作效率较低。随着我国经济建设的迅猛发展,许多在建和拟建的特大桥梁所跨越的水面越来越宽,传统的测量方法显得越来越困难,所需费用也越来越高。GPS技术所具有的三维定位功能,以其快速、全天候测量的优点,为跨河高程测量提供了一种新的方法。利用GPS技术进行跨河高程测量,必须将GPS所测的大地高高差Δh转换为工程使用的正常高高差ΔH,本文基于全球重力场模型(EGM96),计算跨河点的高程异常差Δξ,7从而实现Δh到ΔH的转换。1、计算方法GPS高程测量得到的是GPS点间的大地高差,而水准测量得
3、到的是水准点间的正常高差,如果在河流(或其他障碍物)两边分别施测GPS水准点A、B和C、D(图1),根据大地高和正常高之间的关系做相应的变形计算有:ΔξAB=(ξB-ξA)=(HB-HA)-(HγB-HγA)(1)ΔξCD=(ξD-ξC)=(HD-HC)-(HγD-HγC)(2)其中,HA、HB、HC、HD为各点大地高,(HB-HA)、(HD-HC)为GPS水准点之间的大地高高差,可通过GPS测量得到;HγA、HγB、Hγ、HγD为各点正常高,(HγB-HγA)、(HγD-HγC)为GPS水准点之间的正常高高差,可通过水准测量得到;ξA、ξB、ξC、ξD为各
4、点高程异常值,ΔξAB、ΔξCD为GPS水准点之间高程异常差值。由于跨河距离范围一般不大(数百米至数千米),可以认为局部区域高程异常差值为0。据此可以通过河流(障碍物)两边已知GPS水准点间的高程异常变化,采用简单模型对区域大地水准面变化情况进行拟合,从而求得跨越河流的GPS水准点(上例中的BC两点)之间的高程异常差值及正常高高差。2、影响GPS测高精度的因素及消减措施(1)相位整周模糊度可靠性7相位整周模糊度解算是否可靠直接影响基线向量精度,要准确得到相位整周数需要最好的算法。不同的GPS后处理商业软件都有一定的局限性,我们使用的是GAMIT软件,同时有重
5、复基线进行检核。(2)星历和参考坐标误差虽然广播星历和参考点坐标(绝对定位获取)对短边的影响很小,但采用GPS精密星历及理想的WGS-84参考位置可提高基线解算精度。(3)多路径效应多路径效应严重影响GPS测量精度,严重时还将引起信号的失锁。它的影响既不能采用求差法来解决,也无法建立改正模型,削弱它的有效方法除选用较好的抑径天线、合理选择测站、远离反射物和干扰源外,观测时应有足够的时间(建议观测时间长度>3h),卫星几何位置的变化将能通过平均将其影响减小。(4)电离层及对流层延迟7电离层延迟可通过模型改正、差分等方法来削弱,如采用双频观测量可消去大部分的电离
6、层的影响。对流层延迟即使对于短基线,也将产生较大的影响。大多数软件可通过建模来计算折射数的干分量,但很难对多变的折射数的湿分量来进行建模。鉴于它的影响随着卫星高度角的减少而增大,建议对于短基线(特别是倾斜度大的基线)作长时间观测外,在数据处理时将高度角小于20°的卫星删去。(5)潮汐现象潮汐现象包括陆地潮汐和海洋潮汐,它们对GPS测高产生影响,基线超过100km时影响能达到厘米级,一些软件能通过建模来消除这些影响。(6)天线高天线高是一个明显的误差来源,采取有效的天线高测量手段可使其精确到0.11mm。(7)天线相位中心如混合使用不同类型天线,其相位中心在高
7、度上相差几厘米。当使用同一厂家的天线并检测其相位中心偏移量时,这个问题就变得很小。(8)卫星及接收机钟钟差卫星钟钟差在GPS双差过程中已经被削除。接收机钟钟差在求差中被大大削弱,对于同一厂家生产的接收机,它的影响很小,可忽略不计。(9)卫星质量和卫星图形的影响由于这些影响大多不受操作者控制,所以观测时最好能进行卫星预报,选择最佳时段进行观测。3、实验数据分析7汕头某项目穿越汕头海海域，若从已建好的礐石大桥或海湾大桥进行Ⅱ等水准测量，一方面过桥精度无法保证，另一方面工作量巨大，因此必须采用跨河水准测量。跨河水准测量观测方法可根据障碍物的宽度和仪器设备情况，采用
8、不同的观测方法，一般跨河水准测量方法有倾斜螺旋法、G
