摘要：文章結合某電廠水源工程，詳細論述了GPS和水準測量相結合的基本原理及工作方法，并得出了有益的結論，對今后類似的工程具有一定的借鑒作用。
　　關鍵詞：GPS；水準測量；應用
　　
　　1概述
　　目前，在工程測量中，一般使用GPS完成平面控制測量，而高程的獲取則采用水準測量或三角高程測量的方法。這種方法適合于測區(qū)面積較小、控制點較少的工程。對于測區(qū)面積上百平方公里、控制點較多的水源工程不適合。由于GPS高程系統(tǒng)的特殊性，GPS高程還不能直接使用，因此只有將GPS和水準測量相結合，綜合利用GPS成果和水準測量的結果，才能把GPS高程轉化為實用的正常高。滿足工程的需要。
　　2基本原理
　　2.1幾種常用的高程系統(tǒng)
　　常用的高程系統(tǒng)包括大地高程系統(tǒng)、正常高系統(tǒng)和正高系統(tǒng)。大地高程系是以橢球面為基準面的高程系統(tǒng)。大地高的定義是，由地面點沿通圖1
　　過該點的橢球面法線到橢球面的距離，通常以H表示。GPS可以直接測量測站在WGS-84橢球中的大地高；正高系統(tǒng)是以大地水準面為基準的高程系統(tǒng)，正高是指由地面點沿該點的鉛垂線至大地水準面的距離，通常用Hg表示；由于正高無法精確測定，工程中采用正常高系統(tǒng)，即我國采用的高程系統(tǒng)。正常高是指地面點沿鉛垂線到似大地水準面的距離，通常用Hr表示。如圖1所示。
　　
　　2.2GPS大地高和正常高的關系
　　由圖1可知：
　　Hr=H-ξ(式2-1)
　　其中ξ為似大地水準面的高程異常。
　　似大地水準面與橢球面的高程差，稱為高程異常。
　　由于似大地水準面是一個不規(guī)則的曲面，高程異常無法精確求得。因此目前常用的方法是根據(jù)測區(qū)內若干已知高程（通常為正常高或海拔高），來擬合確定各點的高程異常值。
　　設GPS基線向量網(wǎng)經(jīng)三維無約束平差后，求得各點的大地高平差值為Hi，已知網(wǎng)中有m個點（網(wǎng)內總點數(shù)為n個，m<n）具有正常高Hr，根據(jù)式(2-1)可知：
　　ξi=Hi-Hri(i=1，2，3⋯，m）（式2-2）
　　設測區(qū)內ξi可用一多項式來擬合
　　ξi=a0+ai∠Bi+a2∠Li+a3∠Bi2+a4∠Li2+a5
　　∠Bi∠Li（式2-3）
　　其中∠Bi=Bi-；∠Li=Li-
　　=；=
　　則根據(jù)m個點的ξi值，列方程求得多項式(2-3)中的系數(shù)。當m≥6時可確定所有系數(shù)，當m≥3且m<6時可確定a0、a1和a2三個系數(shù)，當m<3時只能確定a0一個系數(shù)。所以這種方法至少需要三個已知高程點。當已知高程點分布均勻且測區(qū)內地形平坦時，這種方法擬合確定的ξi精度可以達到10-20cm，甚至優(yōu)于5cm。在確定了多項式(2-3)中的系數(shù)后，即可應用該式求j點（j=m+1，m+2，⋯，n）的ξj，然后有
　　Hrj=Hj-ξj
　　得到各點的海拔高程值。
　　3GPS和水準測量相結合在某水源地復查綜合評價工程中的應用-
　　3.1工程概述
　　本次工程經(jīng)分析和計算，最終為甲方提供電廠水源地復查綜合評價報告。面積約為860Km。最大高程210米，最小高程180米，平均高程195米，地勢較平坦。本次測量工作的主要任務是為地質專業(yè)提供民井的坐標和高程。由于測區(qū)面積較大，國家三角點及水準點破壞嚴重，民井數(shù)量較多，加之時間緊、任務急，因此決定采用GPS和水準測量相結合的方法，測定民井的坐標和高程。
　　3.2工作方法
　　3.2.1收資及分析
　　通過收資發(fā)現(xiàn)，三個三角點分布在測區(qū)的中部且呈東西方向排列；兩個水準點分布在測區(qū)的南部且相距16公里。由于水準點沒有均勻分布在測區(qū)且數(shù)量較少，無法滿足高程擬合的要求。因此必須在測區(qū)布設水準網(wǎng)。
　　3.2.2GPS測量
　　（1）布網(wǎng)方案
　　在測區(qū)中軸線附近選擇民井G11、#10和G45為基準站，布設星形GPS網(wǎng)。
　　（2）作業(yè)過程及使用儀器
　　采用四臺JavadGPS接收機，按快速靜態(tài)作業(yè)模式，一臺GPS接收機分別架在G11、#10和G45保持不動，其他三臺流動，觀測20分鐘，并紀錄點號和儀器高。輸入數(shù)據(jù)采用隨機軟件“PCCDU”,基線解算和平差采用隨機軟件“Pinnacle”。滿足本次工程的要求。
　　（3）成果精度評定
　　基線解算及平差后成果精度見表1單位：mm
　　
　　
　　3.2.3水準測量
　　水準測量采用四等水準。
　　3.2.4擬合高程
　　采用四等水準測量的方法在GPS網(wǎng)的周邊和中部聯(lián)測了10個GPS點、2個三角點。采用隨機軟件“Pinnacle”進行高程擬合。
　　GPS網(wǎng)高程擬合的精度見表2。
　　
　　
　　
　　3.3檢查
　　檢查點采用G15、G36、#30、#41。
　　檢查點的精度見表3。
　
　　
　　4結語
　　（1）GPS和水準測量相結合適合大面積、地勢平坦的水源工程。
　　（2）檢查點要均勻分布在網(wǎng)的四周和中部。
　　（3）和常規(guī)方法比較，可以節(jié)約三分之二的水準工作量。就此工程來說，所有民井的高程若采用水準測量的方法測定，需四等水準約600公里；而采用GPS和水準測量相結合的方法，只需四等水準約200公里。
　　
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