GPS测量技术在陕西省地下水监测站高程引测及坐标测量中的应用研究

国家地下水监测工程(水利部分)陕西省地下水监测站高程引测及坐标测量工作需完成全省558处地下水监测站的"校核水准点、附近地面、井口保护筒固定点"的高程值以及"校核水准点、监测井位置"的坐标值测量工作。本次测量任务通过建立E级GPS测量控制网,采用GPS静态定位及拟合高程联测等方式,获取相关高程及坐标数据。该方法相对水准测量,具有工期短、投入少等优点,并且拟合高程计算是基于大地水准面精化模型而来,其精度计算满足《地下水监测工程技术规范》(GB/T 51040-2014)中高程测量的精度要求。GPS测量方法技术可靠,因其高精度、全天候、高效率、操作简便等特点可以在今后地下水监测站的测量中广泛应用和推广。     

基于ICESat/GLAS数据的中国典型区域SRTM与ASTER GDEM高程精度评价

航天飞机雷达地形测绘(shuttle radar topography mission, SRTM)和先进星载热发射和反射辐射成像仪全球数字高程模型(advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer global digital elevation model, ASTER GDEM)提供了全球覆盖面积最广的数字高程模型(digital elevation model, DEM)数据, 但其高程精度还未得到充分验证, 传统地面测量方法很难适用于验证大面积范围的DEM精度.以冰、云和陆地高程卫星/地学激光测高系统(ICESat/GLAS)高程数据为参考, 综合利用地理信息系统(geographic information system, GIS)空间分析、三维可视化与统计分析方法, 对中国典型低海拔沿海平原地区和高海拔山地的两种DEM数据高程精度进行了对比分析.结果表明, 高程值小于20m的低海拔地区, SRTM高程精度达到2.39m, ASTER GDEM的精度达到4.83m, 均远远高于这两种数据的标称精度; 而在西南山地, 这两种DEM的精度大约为20m, 与标称精度相当.最后, 建立了ICESat/GLAS与SRTM和ASTER GDEM的一元线性回归模型, 该模型具有较高的拟合度和显著线性关系, 可用于改善这两种DEM的高程精度.      

GPS技术在枣庄市城市控制测量中的应用

枣庄市城市控制测量项目采用现代大地测量的方法,利用D级GPS控制网作为测区首级控制网和精密水准点,选用20个点构成骨架网,按照GPS网的可靠性指标、精度指标、效率指标,进行优化设计;利用Trimble DIN112电子水准仪进行GPS四等水准联测,通过一定数量和分布均匀的GPS／水准点进行高程拟合。该项目了取得的成果精度,完全符合1：500大比例尺测图的要求。     

GPS技术在枣庄市城市控制测量中的应用

枣庄市城市控制测量项目采用现代大地测量的方法,利用D级GPS控制网作为测区首级控制网和精密水准点,选用20个点构成骨架网,按照GPS网的可靠性指标、精度指标、效率指标,进行优化设计;利用Trimble DINI12电子水准仪进行GPS四等水准联测,通过一定数量和分布均匀的GPS/水准点进行高程拟合.该项目了取得的成果精度,完全符合1∶500大比例尺测图的要求.     

锦赤铁路三标段GPS高程拟合分析

结合GPS控制网和三等精密水准网的对比试验,构建了GPS测高技术中高程拟合模型,据此对锦赤铁路三标段工程项目进行分析。实例中选取多项式曲面拟合方法,进行高程内插计算,并将拟合结果与水准测量结果进行对比,结果表明：GPS高程拟合的内、外符合精度完全满足铁路工程精度要求,精度可达到2～3cm。     

GPS拟合高程精度分析

GPS测定的是从地面到WGS-84椭球的大地高,与我国采用的正常高之间存在一个差值,即高程异常,高程异常与勘探区的地形、地层结构等因素有关.六个煤田勘探区的实测资料表明,GPS正常高的平均较差平地1.8cm;丘陵5.8cm;山地11.0cm.从各区统计资料看,GPS网测量精度,比估算的高.通过平地GPS正常高较差与三角高程限差的比较,拟合后的高程精度,有45%达到三等水准限差,90%达到四等水准限差规定.     

矿区控制网建立技术研究

本论文以沙曲矿的实际需要为出发点,以矿区控制网的布设为主要内容,阐述了全球定位技术在矿山控制测量领域的应用现状及发展前景。结合了沙曲煤矿实际的地形、地貌等客观因素及工程精度的要求,平面控制网采用四级短边、边连接形式的GPS网,GPS不但有精度高、速度快而且同时不受观测条件的限制等优点,因此在矿山测量中得到了广泛的应用。由于GPS网测量的高程为大地高,理论应对测量结果进行高程拟合即大地水准面精化才能得到水准高,而该论文GPS网点的高程直接由水准测量测定,不进行高程拟合,也不使用大地水准面模型求定,高程控制网采用四等水准网,对控制网在外业施测时的注意事项都一一进行了说明,GPS以它的实用性及优越性给矿山测量的发展提供了崭新的手段。     

GPS技术在鸳鸯湖矿区的应用

鸳鸯湖矿区位于宁夏回族自治区宁东煤田,该次GPS作业利用3个三等三角点作为起算数据,2个四等三角点作为检核数据,进行网平差及高程拟合。外业数据质量检验结果表明其重复基线及同、异步环闭合差均小于限差,符合规范要求。内业数据处理采用广播星历网基线处理,无约束平差、约束平差基线分量改正绝对值均小于限差值。6个水准点的网平差高程拟合结果证实GPS高程精度优于三角高程。测量成果经宁夏测绘产品质量监督检查站检查,成果精度达到《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001）的有关精度要求。说明鸳鸯湖矿区清水营井田GPS控制网的成果可靠。     

无人机技术在潮滩地貌演变研究中的应用

随着海平面上升和人类活动加剧,潮滩正面临着严重威胁,掌握其形态变化规律是研究潮滩系统对外在条件响应的直接手段。以江苏斗龙港潮滩为研究对象,利用无人机倾斜摄影测量技术,结合运动恢复结构(Structure from Motion,SfM)算法,重建潮滩三维点云,生成数字高程模型和正射影像,分析潮滩滩面及潮沟系统年内变化规律。研究结果表明:潮滩高程测量精度优于9 cm,水平精度优于2 cm;高程年内变化较大,变幅高达±0.5 m;潮沟短历时变化剧烈,无明显季节性变化特征;潮沟发育过程中,宽深比范围为10~25。无人机技术不仅可以监测粉砂淤泥质潮滩滩面变化趋势,还可以观测到卫星难以捕获的中小型潮沟短历时发育过程,可为监测河口海岸短周期动力地貌过程提供有力的技术支持。     

基于EGM2008模型的GPS高程转换法

GPS求得的高程是地面点在WGS84坐标系中的大地高,而我国采用正常高系统的高程,是通过该点的大地高减去该点的高程异常获得。高程异常的获取,惯用的做法是曲面拟合法,这种方法在水准点稀少的测区（特别是山区）实施起来比较困难。EGM2008模型是迄今为止分辨率最高、精度最好、阶次最多的全球重力场模型。首先利用EGM20081′×1′的大地水准面模型计算各点的高程异常,再通过联测一个一等水准点,获取EGM2008模型所表示的全球似大地水准面与我国高程基准面之间的差异,即可将GPS大地高转换为1985国家高程基准的正常高。兴城测区实例表明,EGM2008模型高程转换法在山区仅用一个水准点即可实现GPS大地高到正常高的转换,且高效率、高精度。     

带状区域GPS大地高转换成正常高的研究

在对GPS测高与水准测量理论及其异同分析的基础上,阐述了确定似大地水准面的原理与方法,分析了用数学模型法和少量GPS高程点与水准点重合,将GPS大地高直接转换为具有厘米量级正常高的实现方法。实验结合黑龙江省虎林地区的地形特点,提出了用线性内插法、平面模型法和二次曲面模型法等来转换GPS高程,证明在该地区可以通过少量且分布合理的水准点来直接求出具有厘米量级的正常高,且精度可以达到四等水准测量的精度要求,满足一般工程的需要。     

浅谈测绘地理信息档案在地理国情监测中的作用

地理国情监测是综合利用全球导航卫星系统（GNSS）、航空航天遥感技术（Rs）、地理信息系统技术（GIS）等现代测绘技术,综合各时期测绘成果档案资料,对自然地理要素或者地表人工设施要素等进行动态和定量化、空间化的监测,并统计分析其变化量、变化频率、分布特征、地域差异、变化趋势等,形成反映各类资源、环境、生态、经济要素的空间分布及其发展变化规律的监测数据、地图和研究报告等,从地理空间的角度客观、综合展示国情国力。     

基于遥感专题解译的白洋淀湿地底部DEM构建

基于多时相Landsat遥感影像,利用适合白洋淀湿地信息提取的综合提取方法提取湿地范围。将湿地范围视为水体淹没区,淹没区的边界线视为对应地表水位高程的等高线,并根据遥感影像、高程控制点等对淀区内受人为影响的局部区域进行校正,插值生成白洋淀湿地底部的数字高程模型(DEM)。选用遥感影像和地面高程控制点对构建的数字高程模型进行验证,遥感影像验证精度在80%以上,地面控制点验证误差在±0.5 m以内的点达到80%。这种由一系列遥感影像提取等高线生成数字高程模型的方法可以弥补白洋淀湿地内数字高程信息不足的缺陷,对于提高白洋淀湿地的水均衡计算和构建湖泊与地下水耦合模型的精度有着重要意义。     

EGM2008重力场模型在兴城物探测量中的应用

以吉林大学兴城物探教学实习测网为例,基于EGM2008重力场模型,采用二次曲面、移动曲线、最小二乘配置、三次样条和反距离加权改正插值法,计算了不同GPS水准点密度情况下的水准面模型,并利用二等水准测量方法验证了计算精度,分析了该模型的适定性。结果表明,三次样条插值法的精度和稳定性最高,其次是移动曲线法和最小二乘配置法;二次曲面拟合的精度最低,反距离加权改正法稳定性最差。所有算法都表明,在研究区,当GPS水准点间隔20 km时,基于EGM2008模型确定的大地水准面精度在0.1 m以内;而采用单独GPS水准点的区域大地水准面模型能达到14cm,完全满足各种比例尺情况下的石油物探测量要求。     

强电磁条件下山区软基变电站变形监测技术应用研究

针对变电站变形监测技术现状的不足,选取昭通某220kV变电站开展强电磁条件下变形监测技术应用研究。现场监测分别采用北斗卫星定位技术、激光测距技术、倾角计、雨量计进行。取得研究成果如下：（1）强电磁干扰已对全球导航卫星系统（GNSS）的监测精度产生严重影响,若不能有效降低电磁干扰影响,GNSS位移监测的结果将不能直接用于变电站基础变形监测分析。（2）基于变电站电磁场强度探测,提出一种强电磁场环境下提高变电站GNSS沉降监测精度的监测点位设计及实施方法,将使用电子元器件的监测点布置在电磁场强度相对较弱的部位,以减小电磁场干扰及监测误差。（3）首次将低成本高精度的激光测距技术引入变电站水平位移监测中,并成功实施。项目研究成果为山区软基变电站变形监测增加了新的技术手段,可提升变电站工程质量和管理水平。     

低空无人机倾斜摄影测量测图精度实证

为了研究倾斜摄影测量对测图精度的提高作用,以A、B两个测区为例,分别以双片和多片前方交会、竖直和倾斜影像为对比条件,建立立体模型与实景三维模型,并通过对模型和数字线划图中检查点的误差统计,对平面精度和高程精度进行对比分析。相比于基于双片前方交会生成的立体模型,基于多片前方交会生成的实景三维模型精度更高;在地形为高山地的A测区,平面和高程中误差均由分米级提高至厘米级,结合《数字航空摄影测量空中三角测量规范》可以达到1：500比例尺的成图标准。相比于竖直摄影测量,倾斜摄影测量的交会光线更多,因而其模型精度也更高;在地形为山地的B测区,高程精度可与平面精度相当,中误差均在5 cm以内,解决了航空摄影测量因影像采集方式而高程精度较差的难题,基于倾斜实景三维模型进行三维测图,数字线划图中等高线中误差满足《1：500 1：1 000 1：2 000地形图航空摄影测量内业规范》中对1：500比例尺的精度要求。     

模型机航空近景摄影测量系统的开发和应用

对于通行困难或作业危险地区的工程,现有大多数位移监测技术耗时耗力,甚至无法实施。卫星遥感、航空摄影测量等技术虽然不受场地条件限制,但测量精度较低,后者还受航空管制等政策的限制。既不受场地条件制约,又有较高精度,且不受航空管制的高效、低成本的位移测量技术具有广泛的应用领域和前景。为此,开发了基于微型模型机的航空近景摄影测量系统。该系统已成功用于阳朔月亮山的低空航拍和大冶铁矿东露天高陡边坡地质调查以及地形测量,取得了良好的效果。     

基于全球导航卫星系统资料的短时降水预报

根据大气对天顶对流层延迟(Zenith Tropospheric Delay, ZTD)影响的变化特征,提出并实现了一种无气象数据短时降水预报的方法。利用2015年5—6月浙江连续运行参考站(Continuously Operating Reference Station, CORS)网的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)观测数据和对应每小时的降水量信息对该方法进行验证,结果表明该方法能够预测出80%以上的降水事件,与国际上利用气象数据根据大气可降水量(Precipitable Water Vapor, PWV)预测出的结果精度相当。表明脱离地面实测气象数据仅利用ZTD对短时降水进行预报可行有效,对于降水的短时预报具有重要研究意义和应用价值。     

信息量模型、确定性系数模型与逻辑回归模型组合评价地质灾害敏感性的对比研究

为探索区域地质灾害敏感性评价方法,以宁夏盐池县为研究区域,选取坡度、坡向、坡高、高程、地层、距河流距离、距道路距离、植被覆盖度等8个影响地质灾害发生的评价因子,分别采用信息量模型+逻辑回归模型(I+LR)和确定性系数模型+逻辑回归模型(CF+LR)2种组合模型对盐池县地质灾害敏感性进行评价,将该区域地质灾害划分为极低、低、中和高敏感区4类,并完成结果检验。结果表明：(1)2种组合模型得到的低、中敏感区面积基本相当,而高敏感区面积相差较大,CF+LR模型较I+LR模型高敏感区面积增加约5336 km2,而极低敏感区面积减少约6%;(2)2种组合模型的合理性均符合检验要求,且ROC精度检验AUC值分别为0868和0829,渐进Sigb均小于005,表明2种组合评价模型都能较为客观准确地评价盐池县地质灾害敏感性;(3)ROC检验精度与盐池县地质灾害发育情况均表明I+LR模型精度更高。     

CORS系统在重力调查中的应用

目前重力勘探主要采用RTK模式进行测点定位,但RTK需要架设基站,且随着流动站与基准站之间距离的增加,精度逐渐降低。CORS系统能快速获得高精度的WGS84三维坐标,不需要架设基准站,弥补了RTK测量模式的不足。CORS系统已经广泛应用于测绘、国土、水利、地质灾害等领域,但尚未在应用到重力勘探中。笔者首先论述了CORS在重力勘探中的应用优势;然后探讨如何将CORS成果转换为高精度的三维国家或地方坐标的方法。通过在江苏1∶5万重力调查中进行检核,平面精度优于1 cm,似大地水准面精化高程精度最差为5.2 cm,完全满足勘探精度要求。