【摘 要】介绍了地形测量的方法,探讨了应用过程中GPS技术的优点、施测的作业方法,结合 GPS 水下地形测量的经验,分析了在应用无验潮模式下 GPS 水下地形测量技术上存在的不足,从测量制度、质量监控、测量选择、测量规定等方面探讨了改进的途径,提出了建设性意见。 
【关键词】GPS;地形测量;控制测量;碎部测量 
  地形测量指的是测绘地形图的作业,即对地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程进行测定,并按一定比例缩小,用符号和注记绘制成地形图的工作。地形测量包括控制测量和碎部测量两个部分。控制测量是测定一定数量的平面和高程控制点,为地形测图做依据。而碎部测量是测绘地物地貌的作业。 
  地物特征点、地形特征点统称为碎部点。 
  1、地形测量的方法 
  按所用仪器不同,有平板仪测图法、经纬仪和小平板仪联合测图法、经纬仪(配合轻便展点工具)测图法及GPS数据采集法等。 
  2、GPS技术 
  GPS技术是美军于20世纪70年代初在“子午仪卫星导航定位” 
  技术上发展起来的具有全球性、全能性(陆、海洋、航空与航天)、全天候性优势的导航、定位、定时、测速系统。随着GPS技术的进一步成熟,GPS系统广泛地应用于民用领域,并日益发挥了其卓越的技术优势。GPS系统包括3部分:空间部分-GPS卫星星座;地面控制部分-地面监控系统;用户设备部分-GPS信号接收机。GPS技术目前用于测绘方面的主要有动态和静态两种。 
  3、GPS技术的应用优点 
  1)可操作性强。不需要固定多的人员参与,在人员少的时候,也可以进行作业。 
  2)测量范围广。GPS技术测量范围可以很大。可按需要布设控制网,简化加密级别,省去联测过渡点。 
  3)测量精度高。国内的仪器作业精度可达(1—2)×10-6mm,国外可达0.1×10-6mm,可建立比常规测量精度更高的控制网。 
  4)各个联测点之间不要求通视,不必建造高规标。 
  5)观测自动化程度高。外业用电钮操作,内业用计算机处理数据,作业时间短,效率高。 
  6)不受时间限制,可24 h作业。 
  4、GPS技术在地形测量中的实践 
  应用GPS技术在地形测量中,不一定要遵守先控制、后测图的原则,控制测量、碎部测图可以同时进行,甚至可以先测图后控制,只是后者需将碎部成图,以控制点为基准借助成图软件进行测站纠正。 
  4.1测量工序 
  地形测量的工序主要分为2个环节:一是控制测量与计算机辅助平差计算;二是碎部数据采集与软件编图成图。 
  4.2测量方法 
  控制测量:一般可选用静态GPS作基本控制导线(网)。 
  为满足测区地形图测量的需要,测区利用国家等级控制点为起始点,发展一个E级GPS控制网作为该矿区的首级控制。外业观测采用GPS接收机以快速静态模式进行同步观测。观测时精确量取天线高度2次,读数较差在3 mm以内取中数记入接收机内,正确输入测站名称及年月日,每天观测结束后,及时将数据下载到计算机,对观测数据进行处理,符合有关规定,即可进行GPS网的平差计算工作。 
  GPS网的平差计算采用随机软件进行平差计算。 
  观测数据导入后,进行各观测边的基线处理,在所有基线的整周模糊度分解数都大于3后,通过GPS网平差设置,选择其三维无约束平差进行平差,平差后其平面坐标和高程精度为:最弱点点位中误差Dx=0.001 8 m,Dy=0.005 5 m,Dz=0.003 5,最弱边相对中误差1/423 923,允许1/20 000,满足了规范所规定的要求。 
  5、应用分析 
  5.1测定水面高程 
  由于水面高程是决定GPS测深结果的重要因素,因此,在开始测量前需要测定水面高程。从方便测量角度而言,水面高可以采用对中杆加移动台的方法来测量,然而会对精度造成损失。影响因素一是GPS测高程的精度往往在几个cm左右;二是海面一直在运动,即使在海况良好的情况下,也很难保证测得的水面高是真实的。在某防波堤工程实例中,曾经间隔5 min测量2次水面高程,第1次在1个已知点附近,实测水面高程为0.77 m,但此处风浪较大;第2次在水尺附近,风浪很小,实测水面高程为0.88 m;而根据水尺记录的水位实际为0.82 m。 
  5.2 GPS无验潮的可靠性 
  在防波堤工程中,经常会遇到控制点少,且控制点的网形不理想的情况。在平直海岸,由于控制点近乎成直线分布,对测量定位的精度保证很不利,因此应当作适当的校核。胡志渠、张发栋等给出了绘制水位曲线的方法来进行验证,实际回到了验潮测量的方法上。在有条件时,可以在海上建测量平台;如果工程较小,测量平台费用很高,则可在岸边水位变化区设置简易已知点,供检查校核GPS之用。 
  5.3要严格执行测量规定 
  大家都已经熟知无规矩不成方圆这一个普遍的道理,GPS水下地形测量工作必须要遵循这一重要原则。我们要严格地执行GPS水下地形测量合同的文件和标准,并且要按照GPS水下地形测量技术规范进行测量工作。要想保证GPS水下地形测量的质量,我们必须要认真、科学地测量和管理,规范GPS水下地形测量技术,严格控制GPS水下地形测量的质量。任何一个GPS水下地形测量在实施之前都必须要进行认真、全面地调查,制定出一份详细的GPS水下地形测量设计方案,更何况是在无验潮模式下的测量。我们应在做好相关的审查工作以后,再进行GPS水下地形测量。在测量的过程中,必须要有一个很高的标准和要求,根据相关的GPS水下地形测量标准来进行,不能不经过相关人员的同意就对GPS水下地形测量方案进行更改。 
  6、结语 
  GPS技术应用于防波堤施工水下地形测量,从测量精度上基本可以满足规范的要求。但由于防波堤水下施工经常包含大量水下挖泥、炸礁、回填等土石方工程,即便是0.05m的测量误差,也可能产生数十万的费用。因此,在实际应用中还应尽量与验潮方式配合使用,使2种作业方式相互参考。 
  GPS测量使用的设备比较多,异地施工时,过多的设备携带很不方便,特别是基准站架设时需要天线和电台,使用起来还显繁琐;而且有些防波堤施工现场的控制点比较少,或者控制点的精度不高,都可能限制测量结果的精度。应用ContinuousOperation alReferenceSystem(连续运行卫星定位服务综合系统),可以很好地弥补常规GPS的不足。其优点是:初始化时间短,几分钟即可完成;差分工作范围大,突破了数据链传输距离的限制;采用连续基站,随时可以观测,使用方便;拥有完善的数据监控系统,可以有效地消除系统误差和周跳,增强差分作业的可靠性;不需架设基准站,可实现单机作业;提供的数据精度均匀,适合防波堤工程水下施工定位工作。 
  参考文献: 
  [1]王建卫 , 段银联 , 汪彬平等 . GPS+RTK 结合回声测深仪在煤矿积水沉陷区中的应用 [J]. 矿山测量 , 2010(02):23~25. 
  [2]马成武 , 赵红旭 , 陈和权等 .GPS RTK 技术联合数字化测深仪在水下地形测量中的应用 [J]. 东北水利水电,2010(07):49~51.