GPS技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用

摘要：水利工程是一項(xiàng)關(guān)系到國計(jì)民生的工程項(xiàng)目，在工程測量中如果將先進(jìn)的 GPS 技術(shù)運(yùn)用在其中，便能更好地滿足工程測量的工作需要，進(jìn)而使水利工程建設(shè)中工程測量工作效率和質(zhì)量得以提高。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；水利工程；測量；高層；地形

一、GPS技術(shù)在水利工程測量中的優(yōu)點(diǎn)

（一）測量效率高、速度快

如果將GPS 技術(shù)應(yīng)用在水利工程的測量工作中，將測量基站架設(shè)在四等水準(zhǔn)精確點(diǎn)之上，讓流動(dòng)站能夠附于工作人員的身上，從而極大地提高了測量速度。通常情況下，只需要短短的幾秒時(shí)間就能夠給獲得測點(diǎn)定位，一般 10 min 以內(nèi)就能夠完成測量GPS 技術(shù)使得水利工程的測量效率得到了很大程度的提高。

（二）精確度高、數(shù)據(jù)可靠

GPS 技術(shù)自身有一個(gè)非常突出的特點(diǎn)就是不會(huì)受天氣狀況的影響，無論天氣如何都能夠提供實(shí)時(shí)的、準(zhǔn)確的時(shí)間、三維位置及速度。因此，如果將 GPS 技術(shù)應(yīng)用到水利工程的測量工作中，除了能夠提供一般的測量數(shù)據(jù)以外，還能夠精確測量測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，數(shù)據(jù)較其他技術(shù)更為可靠，在高程測量中甚至能夠精確到厘米，且精確度非常之高。

（三）降低工作量和測量成本

在水利工程的建設(shè)過程中，工程的測量工作會(huì)受到很多因素的影響，如果僅采用普通的測量技術(shù)便會(huì)受到地形、天氣狀況等因素的限制，因此，在這種情況下，如果想要使所獲得的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，測量工作人員的工作量就會(huì)增大，測量周期也會(huì)延長，使得測量成本不可避免的增高。但是，如果采用先進(jìn)的GPS 技術(shù)進(jìn)行工程測量，由于不同因素的影響，可以順利地完成對(duì)環(huán)境情況較為復(fù)雜的大面積測量，滿足水利工程中的測量要求，并能夠有效地降低測量工作人員的工作量，縮短工期，從而降低測量成本。

二、GPS 技術(shù)概述及其在水利工程測量中發(fā)展現(xiàn)狀

目前，對(duì)水利工程測量工作的重視度越來越大，在水利工程測量工作中選擇好的測量技術(shù)和方法已經(jīng)成為工作的重點(diǎn)內(nèi)容之一。

越來越多的新技術(shù)和新方法被發(fā)現(xiàn)并運(yùn)用到水利工程測量工作中。GPS 技術(shù)也就是在不斷的發(fā)展中出現(xiàn)的。GPS 技術(shù)在水利工程測量中，以其高效率，低成本，高精度，不需要通視等特點(diǎn)受到人們的歡迎，在水利工程測量中得到不斷的應(yīng)用。

GPS 就是全球定位系統(tǒng)的簡稱，它是無線式導(dǎo)航系統(tǒng)，其系統(tǒng)基礎(chǔ)為已經(jīng)發(fā)射的地球衛(wèi)星。我國測量采用的是美國發(fā)射的 24 顆導(dǎo)航衛(wèi)星。通過測量地面三維坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航或者定位。

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國水利工程測量工作面臨著越來越多的機(jī)遇以及挑戰(zhàn)，因?yàn)镚PS 技術(shù)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，因而 GPS 測量技術(shù)在水利工程測量中得到了越來越多的應(yīng)用。GPS 技術(shù)在水利工程中的初級(jí)應(yīng)用是：

1、用 GPS 靜態(tài)或者快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制測量。

2、在水利工程施工階段為閘門、渠道、堤壩建立施工控制。而更高一級(jí)的應(yīng)用是在水利工程測量中采用RTK 技術(shù)，即所謂的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。它將在水利工程測量中具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

三、GPS技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用

（一）高程測量

GPS 技術(shù)在高程測量中主要是對(duì)地面的測量點(diǎn)進(jìn)行三維定位，測驗(yàn)人員可以直接分析解讀衛(wèi)星所發(fā)射出的點(diǎn)播信號(hào)，進(jìn)而讀出所有地面目標(biāo)測量區(qū)域內(nèi)測量點(diǎn)的大地高，接著再通過水準(zhǔn)測量的方法測量出高程異差和正常高，這些步驟完成之后，可運(yùn)用 GPS 水準(zhǔn)高程測量方法對(duì)區(qū)域網(wǎng)內(nèi)的公共點(diǎn)的正常高進(jìn)行聯(lián)測，在得出公共點(diǎn)的高程異差之后，利用數(shù)據(jù)擬和的方法得出地面目標(biāo)測量區(qū)域其他測量點(diǎn)的正常高。

（二）地形測量和變形測量

1、地形測量

在水利工程的測量過程中，水下地形測量工作的難度較大，同樣，如果采用 GPS 技術(shù)也可有效地解決傳統(tǒng)測量方法所遇到的問題。在水下地形測量過程中，在測量水深之前可以先在水下放置兩個(gè) GPS 接收機(jī)，然后將測量所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得出參數(shù)，再對(duì)水下測量點(diǎn)進(jìn)行定位測量，通過轉(zhuǎn)化參數(shù)得到水下深度等數(shù)據(jù)，最后運(yùn)用相關(guān)的軟件將各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，得出水下地形圖。

2、變形測量

在水利工程中，對(duì)于水利建筑的地基、水庫大壩以及堤壩外圍地面等是否有變形的情況進(jìn)行監(jiān)測也非常重要。在變形測量中運(yùn)用 GPS 技術(shù)，可在遠(yuǎn)離水利建筑的位置放置 GPS 接收機(jī)，同時(shí)選擇幾個(gè)固定的基準(zhǔn)點(diǎn)，并在已經(jīng)出現(xiàn)變形情況的區(qū)域內(nèi)放置 GPS 定位，同時(shí)選擇測量點(diǎn)。通過自動(dòng)的測量，將測量數(shù)據(jù)不間斷地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，再經(jīng)過計(jì)算得到變形情況的相關(guān)數(shù)據(jù)。將 GPS 技術(shù)運(yùn)用到變形測量中，使得測量難度較大地降低，提高了水利工程測量效率。

（三）渠道管線測量

渠道管線測量作為水利工程測量中的一個(gè)重要組成部分，其本身有著分布散亂、線性放射的特點(diǎn)，因此導(dǎo)致這一部分的測量工作所需的人力物力和時(shí)間較大。在利用 GPS 技術(shù)進(jìn)行測量時(shí)，只需要有設(shè)計(jì)高程、轉(zhuǎn)角等相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，就能夠非常準(zhǔn)確地確定測量點(diǎn)，無須浪費(fèi)人力和物力，有效地減少了工作人員的數(shù)量和工作量，并節(jié)約了技術(shù)設(shè)備資源。

四、案例分析

（一）工程概況

為滿足某水利工程測區(qū)預(yù)、普查設(shè)計(jì)的需要，對(duì)該區(qū)進(jìn)行 E 級(jí) GPS 靜態(tài)控制測量。主要的任務(wù)見下表 1。

表1 主要的任務(wù)

針對(duì)該項(xiàng)目，通過現(xiàn)場踏勘，圖上作業(yè)，制定本項(xiàng)目技術(shù)方案。某水利工程測區(qū)的總體地勢中部低，南北兩端相對(duì)高，以中山—中低山地貌為主，巖溶地貌發(fā)育；山地約占 29%，丘陵約占 12%，山間平壩約占 59%，平均海拔自南向北從395 m升至575 m。

最高處位于勘查區(qū)東北部的三角坡，海拔575 m；最低處位于西南出境處，海拔395 m。最大相對(duì)高差180 m，一般在 50 ～150 m，區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖廣布，暗河、溶洞、石林等巖溶地貌發(fā)育。

（二）本測區(qū)已有資料分析和利用

本測區(qū)已有1∶10 000地形地質(zhì)圖，作為踏勘、測區(qū)范圍確定以及控制測量圖上設(shè)計(jì)的工作用圖。起算坐標(biāo)見表 2。

表2 起點(diǎn)坐標(biāo)

（三）E 級(jí) GPS 控制網(wǎng)的布網(wǎng)原則

普查區(qū)計(jì)劃布設(shè)20個(gè)E級(jí)控制點(diǎn)。采用中海達(dá)F61靜態(tài)GPS接收機(jī)進(jìn)行控制作業(yè)。靜態(tài)控制點(diǎn)編號(hào)采用E級(jí)網(wǎng)的字母GPS+順序號(hào)。

對(duì)于該測區(qū)所布設(shè)的GPS控制網(wǎng)，考慮到便于工程點(diǎn)的測繪和以后施工的方便，為減少測區(qū)投影變形，采用自定義橢球參數(shù)，即：長半徑a=6378140；扁率α=1/298.257投影面為參考橢球面；投影帶：3°帶；投影高：H=0m，中央子午線經(jīng)度108°。

按照相關(guān)規(guī)范和要求GPS網(wǎng)相鄰點(diǎn)間距滿足下表要求，特殊地方可以適當(dāng)放寬，當(dāng)與已知點(diǎn)聯(lián)測時(shí)個(gè)別點(diǎn)位于測區(qū)較遠(yuǎn)時(shí)，可以放寬2倍。

GPS 網(wǎng)由非同步獨(dú)立邊構(gòu)成多邊形閉合環(huán)，布網(wǎng)中以測區(qū)實(shí)際情況為主，適當(dāng)考慮交通情況以便于施測，初步設(shè)計(jì)首級(jí)網(wǎng)形圖，實(shí)際布網(wǎng)時(shí)，經(jīng)技術(shù)審核人同意后，根據(jù)實(shí)際情況可適當(dāng)改變。

（四）觀測要求

GPS網(wǎng)觀測的空間距離中誤差δ=± ，對(duì)于該測區(qū)的 a、b 值，由接收機(jī)確定，其中 a = 5 mm，b = 1.5ppm，d為該測區(qū)所布網(wǎng)對(duì)應(yīng)等級(jí)的平均距離。

點(diǎn)位的選擇要利于其他測量手段擴(kuò)展和聯(lián)測，要求點(diǎn)位堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定，易于長期保存。點(diǎn)位必須利于觀測，視野開闊，避免干擾，并且至少和該網(wǎng)中一個(gè)點(diǎn)相通視。

野外數(shù)據(jù)采集時(shí)，觀測員應(yīng)嚴(yán)格按照觀測計(jì)劃規(guī)定的時(shí)間作業(yè)，確保同步觀測，當(dāng)接收機(jī)預(yù)置狀態(tài)正確后，才可啟動(dòng)接收機(jī)。

天線安置按照 GPS 相關(guān)測量規(guī)范，天線安置對(duì)中誤差≤3 mm，天線安置好后，在各觀測時(shí)段前后各量取天線一次，且互差≤3 mm，最終天線高取兩次平均值。接收機(jī)啟動(dòng)正常后才可記錄數(shù)據(jù)。

在觀測過程中觀測員要時(shí)時(shí)查看接收機(jī)狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)作好記錄，并采取相應(yīng)處理措施。同一觀測時(shí)段中，不得改變天線方向；不得關(guān)機(jī)；不得碰動(dòng)天線。

觀測記錄必須如實(shí)填寫，不得涂改，不得測后補(bǔ)記錄；經(jīng)檢查所有作業(yè)項(xiàng)目均完成并符合要求后，方可搬站。

結(jié)語

綜上，綜上所述，GPS 具有非常突出的特點(diǎn)，并且具有較好的運(yùn)用效果。在水利工程測量工作中，必須加強(qiáng) GPS 技術(shù)運(yùn)用的研究，對(duì) GPS 測量方法進(jìn)行充分的掌握，為今后的水利工程測量定下基礎(chǔ)。在進(jìn)行GPS 技術(shù)的運(yùn)用過程中，必須對(duì)測量結(jié)果的精確度以及實(shí)用性進(jìn)行保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]張衛(wèi)東.淺析GPS技術(shù)在水利工程測量中的運(yùn)用[J].河南水利與南水北調(diào).2012（24）

[2]高連勝.GPS技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息.2010（03）