【GPS水准在河北黄骅海上风电场潮位自动测报站高程传递中的应用】 潮位
时间：2019-04-01 03:15:25 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：随着似大地水准面的不断精化，GPS水准有可能代替繁重的几何水准工作，尤其在远距离海上高程传递的应用中能够达到一定的精度。本文介绍了结合工程应用，采用均匀对称布设控制点，进行GPS高程拟合，并对相似点的精度分析得出所求点的精度评定。
关键词：GPS水准；GPS高程拟合；似大地水准面
Abstract: with the like geoid mathematically constantly, GPS level may instead of heavy geometry level, especially in the application of long distance sea elevation transmission can achieve some degree of accuracy. This paper introduces the combined with engineering application, USES the even symmetrical layout of the control points, fitting for GPS elevation, and the precision of the similar points for analysis of the point evaluate accuracy.
Keywords: GPS level; GPS elevation fitting; Like the geoid
中图分类号：P319.1+1文献标识码：A文章编号：
1概述
黄骅海上风电场场址位于河北省沧州黄骅市以东，黄骅港以北的渤海海域，西面距离黄骅市区约60km, 距沧州市100km，离南排河港约18km。在风电场区域离海岸约30公里处设置了一测风塔，地理位置为东经117°57.8′，北纬38°33.3′，西面距南排河镇码头约30km，南面距离黄骅港约28km，北面距天津市及南面距山东省分别约35km。在测风塔上将建一自动潮位测报站，需将高程传递到测报站。
2测量方案的选取
目前长距离跨海高程基准传递的方法通常有静力水准法、动力水准法、GPS水准法及常规大地测量法4种。
静力水准法是采用连通管进行高程传递，由于跨海距离较长，不但对连通管的质量要求极高，而且，为了保持流体静力平衡，必须保持管内液体中无气泡。此外还须考虑气压差、密度差等因素的影响，其代价十分昂贵。
动力水准法即验潮发亦称海洋动力学法，它需要长时间连续的潮位观测资料，周期较长且需建立长期的验潮站。
常规大地测量方法有水准测量法及三角高程测量法。水准测量法无法实现长距离高程传递，而采用三角高程法精度较低，受大气折射和温度气压等天气影响很大，传递距离也有很大的限制。
GPS水准法是利用大地高差与高程异常之差的转换来传递高程基准。相对而言，该方法比较经济、周期短、实施方便。大地高可由GPS精确的测定，因此，只要具有高精度的似大地水准面高差相对值，便可求得相应精度的水准高差。似大地水准面高差可以通过GPS高程拟合法或者利用地球重力场模型法来计算。
结合本工程的特点，采用GPS水准法来进行跨海高程基准传递，高程异常采用GPS 高程拟合法来计算。拟采用两种方法对测量成果进行校核：第一种方法，通过计算WGS84坐标到1980西安坐标（中央子午线117度）及国家85基准高程之间的七参数，由WGS84坐标通过七参数计算的西安80平面坐标及国家85基准高程来校核。第二种方法，采用通过TGPPS软件计算得到的高程异常加上GPS精确测定的大地高(为了得到更好的精度，采用参考椭球为1980西安椭球)来得到正常高来校核。同时，在测量期间，在距离测风塔最近的南排河镇码头2-3与测风塔承台HH7进行了同步验潮。
3 GPS控制网的施测方案
3.1控制网的布设
本控制网由十一个控制点构成。在测风塔平台上设置一个控制点，在岸上设置了十个控制点。其中五个控制点为国家C级GPS控制点，五个为待定GPS控制点。陆上10个GPS点均接测三等水准或按三等水准方法进行检测。控制网由三边形环或四边形环组成，共18条边，网中最短边约19公里，最长边约43公里，平均边长约27km，控制网图如下：
新立村GPS点在后庞庄和关家堡两个GPS点的大致中心位置(各约24km)，大王庄至后庞庄两点间距(约30km)要稍大于测风塔至关家堡两点的间距(约30km)，使得大王庄和测风塔两点有相似的比较条件，且测风塔的条件要略好一些(测风塔至最近纵向三点的距离均比大王庄至最近纵向三点距离都短)，做出的比较结果才有意义。
3.2控制网的施测
采用5台Trimble R8 GNSS 双频GPS接收机，在卫星几何强度良好（截至高度角15º，GDOP≤8）的条件下同步观测时间为：(1)GPS偏心观测不少于30min；(2)20km以上不少于2h；(3)30km以上不少于3h；(4)40km以上不小于3.5h。全部点位都用木质脚架进行严密对中。观测时作必要的测站记录，记录包括点名、点号、观测日期、观测仪器和天线高等。天线高的量取采用在测前、测中、测后进行多次独立量高(应量三个方向到护圈中心的斜高(数据转化为RINEX格式时，应在“Convert to RINEX”程序的天线类型中选择“R8 Model/SPS880 Internal”，改正项中选择“改正到天线相位中心”，然后进行转化))，同一测站多次天线高测量差小于1mm，并记录，杜绝粗差的出现，提高量高精度。
水准测量采用2台Trimble DiNi电子水准仪施测，施测过程中严格按三等水准测量规范进行观测。
3.3控制网数据处理
GPS基线解算先采用Trimble TGO自带的“Convert to RINEX”程序输出RINEX 格式数据，并转换到天线相位中心。用Leica LGO软件进行基线解算，全部基线解算都是一次解算成功，平差计算采用同济大学TGPPS网平差软件,边长中误差最大为2.41cm，最弱边相对中误差为1/1063169, 最弱点位中误差为3.50cm，均优于规范的精度要求。以国家C级GPS控制点为已知点的西安80坐标为起算数据,进行GPS网的平差转换，可得到各点在西安80坐标系及WGS84坐标系中的精确坐标。
水准网平差采用清华山维测量控制网平差系统NASEW软件进行平差计算，最大相邻点高差中误差为0.0187m，最大点位中误差为0.020m，各项精度指标均满足规范要求。
通过平差计算得到的各点WGS84椭球面上的大地高和水准测量得到的1985国家基准高程，采用Leica LGO软件或同济大学TGPPS软件按二次曲面拟合进行局部似大地水准面拟合得到测风塔控制点的高程异常，完成远距离跨海高程传递。
4数据检核
4.1七参数法进行检核
通过平差所得的WGS 84坐标，采用三横三纵9个网格GPS点,采用Bursa-Wolf模型计算得到从WGS 84坐标系到西安80平面坐标和85国家基准高程混合系统的七参数。通过上面计算所得的七参数，计算大王庄及测风塔的85国家基准高程。
4.2直接计算高程异常进行检核
通过同济大学TGPPS软件，利用网中三横三纵9个网格GPS点进行二次曲面拟合，可以计算得到各控制点的高程异常值。由平差所得的西安80坐标系的大地高和高程异常，得到各控制点到似大地水准面（可视为平行于85国家高程基准面）的正常高，从而可计算得到测风塔的85国家基准高程。
二次曲面拟合法需要求六个未知数，由九个点的水准高程(另大王庄位置的点作校核)，可列九个误差方程式，有三个多余观测值，其最小二乘法求解可靠。
4.3 通过同步验潮进行检核
通过在南排河镇码头和测风塔，分别在上午和下午同步进行了一个低平潮和一个高平潮的观测，当日为农历七月十五，为小潮汛，当日天气为多云，风力为3级，情况列表如下：
说明：1 南排河镇验潮站2-3低平潮时间比海上验潮站HH7(距差约30km)晚85min，且时间要长25min；
2 高平潮开始时间一致。
5 精度评定
通过对对称的陆上最西侧GPS点(大王庄)进行精度分析，比较大王庄GPS点的拟合高程、七参数计算高程与水准高程，可以得到曲面拟合这种方法的精度。
上表及网图说明东边的条件要优于西侧的条件，并把大王庄点的拟合残差与四等水准测量限差相比较，借此证明所得出的结论是可靠的，满足四等水准精度要求。
5结语
1）在局部GPS网中，如果网形布设合理，利用GPS水准求得的高程异常，进而拟合出其他点的正常高，可达到四等几何水准的精度要求。
2）通过利用GPS水准，大大提高工作效率，使得在常规测量手段根本不可能的事情成为可能，产生的效益是巨大的，为以后类似的项目提供了一种先进的技术方法和宝贵经验。
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