對GPS技術(shù)用于水利工程勘察的分析

摘 要：現(xiàn)如今，我國水利事業(yè)正處于快速發(fā)展之中，傳統(tǒng)測量方法越來越難以滿足其現(xiàn)實(shí)需要，而GPS技術(shù)則憑借其優(yōu)越性獲得業(yè)界廣泛重視。文章基于GPS技術(shù)用于水利工程勘察進(jìn)行分析，首先概述了GPS技術(shù)、GPS技術(shù)的應(yīng)用，最后結(jié)合實(shí)例加以探討，以期為水利工程勘察工作提供有益參考。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；水利工程；勘察

水利工程往往坐落在那些地形較為復(fù)雜、高差明顯變化的地區(qū)。傳統(tǒng)測量方法很難滿足其要求，且耗時(shí)耗力，而GPS測量能夠很好地滿足水利工程勘察工作的實(shí)際需要，因而得以廣泛應(yīng)用。

1 GPS技術(shù)概述

1.1 GPS定位系統(tǒng)

GPS定位系統(tǒng)，即全球定位系統(tǒng)，屬于一種能夠借助定時(shí)以及測距以準(zhǔn)確確定空間交會定點(diǎn)的現(xiàn)代導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠提供高質(zhì)量的三維坐標(biāo)等信息，表現(xiàn)出了良好的連續(xù)性、實(shí)時(shí)性以及準(zhǔn)確性[1]。

1.2 GPS定位技術(shù)

GPS定位技術(shù)主要包括：（1）GPS靜態(tài)定位。所謂GPS靜態(tài)定位指的是，按照觀測方案，把GPS接收機(jī)布設(shè)在待定點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星信號的接收。在定位過程中，接收機(jī)位置一直保持靜止?fàn)顟B(tài)；（2）實(shí)時(shí)動態(tài)定位（即PTK技術(shù)），是以載波相位觀測值為基礎(chǔ)的一種實(shí)時(shí)差分技術(shù)。對于RTK技術(shù)，其主要思想是于基準(zhǔn)站布設(shè)一臺GPS接收機(jī)，予以不間斷觀測，同時(shí)將全部觀測數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)在線的方式傳輸?shù)接脩粲^測站，用戶站不僅能夠接收相應(yīng)的衛(wèi)星信號，與此同時(shí)，還能夠獲得基準(zhǔn)站提供的觀測數(shù)據(jù)。最終基于相對定位這一原理，準(zhǔn)確計(jì)算出用戶站所對應(yīng)的三維坐標(biāo)與精度[3]。

2 GPS技術(shù)在水利工程勘察中的應(yīng)用

2.1 變形監(jiān)測

變形監(jiān)測通常用來監(jiān)測水利工程構(gòu)筑物情況，包括有無地基沉降、有無位移、有無整體傾斜等。以大壩形變監(jiān)測工作為例，可在遠(yuǎn)離大壩的某個(gè)理想位置，確定一些基準(zhǔn)點(diǎn)，與此同時(shí)，在形變區(qū)確定一些監(jiān)測點(diǎn)。在上述兩點(diǎn)分別布設(shè)GPS接收機(jī)，予以不間斷自動觀測，并以實(shí)時(shí)在線方式將數(shù)據(jù)提供給數(shù)據(jù)處理中心，接受后續(xù)的分析以及處理[4]。

2.2 截流施工

截流工程大多工期緊張，另外，圍堰進(jìn)占施工時(shí)將會面對水深、落差大以及水流急等諸多負(fù)面問題。通過傳統(tǒng)測量方法進(jìn)行測量，工作繁重，進(jìn)展慢，且容易出錯。如果在水下地形勘察工作中使用GPS技術(shù)，則能夠快速且準(zhǔn)確地獲取施工需要的各項(xiàng)地形參數(shù)，繪制精確的水下地形圖[5]。

2.3 滑坡監(jiān)測

在滑坡監(jiān)測工作中，需要計(jì)算出目標(biāo)監(jiān)測點(diǎn)所對應(yīng)的相對位移量，而這一數(shù)據(jù)能夠通過測量監(jiān)測點(diǎn)所對應(yīng)的大地高的具體變化來獲取。GPS能夠高精度地測量出目標(biāo)監(jiān)測點(diǎn)在WGS-84坐標(biāo)系中的大地高，然后比較和分析其和正常高之間的關(guān)系，便可以求取工程實(shí)際需要的正常高的值，如此一來，便可實(shí)現(xiàn)對滑坡的有效監(jiān)測。

3 工程應(yīng)用實(shí)例——以GPS在滑坡體勘察中的應(yīng)用為例

在仕陽水庫水電站改造的施工中，勘察發(fā)現(xiàn)左壩軸線屬于古河槽，其左岸的一些表面巖層能夠觀察到明顯的拉裂、傾倒以及松土現(xiàn)象，使巖層以一個(gè)極緩慢的速度發(fā)生蠕變變形，進(jìn)而誘導(dǎo)巖層發(fā)生各向分離現(xiàn)象，最終形成規(guī)格不一的若干個(gè)滑坡體。如果滑坡體出現(xiàn)坍塌事故，將會給工程施工和后期使用帶來嚴(yán)重威脅。所以，在該工程施工中，基于這些滑坡體進(jìn)行勘察具有相當(dāng)積極的現(xiàn)實(shí)意義。

3.1 要求

首先，明確勘察內(nèi)容，并完成布網(wǎng)。對滑坡體進(jìn)行勘察時(shí)，主要涉及下述內(nèi)容：（1）滑坡體、地表各自的水平位移；（2）測量區(qū)域內(nèi)各構(gòu)造物的沉降數(shù)據(jù)；（3）地表垂直位移等?；诓季W(wǎng)的具體需求，選擇和使用科學(xué)的布網(wǎng)方式。其次，選用適宜的測量裝置。在勘察工作中，通常而言應(yīng)使用四臺甚至更多的性能優(yōu)異的GPS信號接收機(jī)予以同步觀測，操作時(shí)應(yīng)盡可能地確保衛(wèi)星擁有較理想的狀態(tài)。在數(shù)據(jù)分析方面，可使用中海達(dá)HGO數(shù)據(jù)處理軟件包這一工具以實(shí)現(xiàn)對基線向量的有效解算。

3.2 四等GPS測量方案及控制網(wǎng)

滑坡體容易發(fā)生滑動或者坍塌，因而施測時(shí)的一些點(diǎn)位有幾率遭受破壞，所以，本工程通過雙基點(diǎn)法進(jìn)行觀測，在以左壩頭滑坡體為對象而進(jìn)行的一應(yīng)測量中全部立足于同一工作基點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)觀測，從而實(shí)現(xiàn)對滑坡體的系統(tǒng)分析。通過全面且細(xì)致的分析之后，把SD1、SD2設(shè)置為工作基點(diǎn)，它們的位置極其牢固，另外，點(diǎn)位也具有良好的可靠性。

首先，觀測過程。為精確掌握滑坡體變形的具體情況，共設(shè)置了六臺中海達(dá)V30-GPS信號接收機(jī)，正式觀測作業(yè)前，挑選最理想的觀測時(shí)段（9：00-16：00）以完成外業(yè)觀測工作。對于各滑坡體，要求在一個(gè)工作日內(nèi)完成所有的觀測任務(wù)。在外業(yè)觀測環(huán)節(jié)，在SD1和SD2處分別設(shè)置一臺GPS信號接收機(jī)，而另外四臺則根據(jù)需要設(shè)置在左壩頭滑坡體的各個(gè)測點(diǎn)上，進(jìn)行九十分鐘的觀察之后，再把它們轉(zhuǎn)移到接下來的一組測點(diǎn)。在所有觀測中，全都應(yīng)用相同的一種測量方案。除此之外，針對初始值予以觀測時(shí)，為保證測量儀器及時(shí)到位以及測量點(diǎn)的有效性，應(yīng)編制其點(diǎn)名對照表，在后段復(fù)測作業(yè)過程中，均依據(jù)該對照表進(jìn)行。其次，通過GPS實(shí)施觀測時(shí)，應(yīng)特別關(guān)注下述內(nèi)容：（1）對于接收機(jī)的天線量高，應(yīng)利用游標(biāo)卡尺進(jìn)行量取以保證其精確性，將精度控制在0.1mm以內(nèi)，開始、結(jié)束環(huán)節(jié)各測一次，然后計(jì)算出兩者平均數(shù)；（2）應(yīng)為接收機(jī)配備充足電源，防止觀測過程中發(fā)生電源不夠用的問題，另外，當(dāng)接收機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)，在其附近十米范圍內(nèi)不允許使用無線電報(bào)機(jī)。

3.3 GPS測量數(shù)據(jù)的處理

首先，應(yīng)以WGS-84系統(tǒng)為工具進(jìn)行計(jì)算，對不良基線進(jìn)行調(diào)整以確保同、異步環(huán)能夠合格通過，同時(shí)還需要通過標(biāo)準(zhǔn)模型予以計(jì)算。其次，計(jì)算時(shí)可有機(jī)運(yùn)用廣播星歷予以相關(guān)處理。再次，對于同時(shí)段中的各測量數(shù)據(jù)，應(yīng)將剔除率控制在10%以內(nèi)。在若干次測量之后，最弱點(diǎn)點(diǎn)位所對應(yīng)的誤差均應(yīng)控制在3mm以內(nèi)。相較傳統(tǒng)測量法所能夠獲取的位移量而言，通過GPS所能夠獲取的這一數(shù)值，其中有87%左右的位移量的差值能夠控制在10mm以內(nèi)，不僅如此，其位移方向基本一致。除此之外，在高程方面，68%偏移量少于10mm，而89%少于20mm。由上述數(shù)據(jù)可知，針對水利工程滑坡體進(jìn)行勘察時(shí)，通過GPS所取得的觀測數(shù)據(jù)能夠很好地滿足精度的實(shí)際需求。值得一提的是，GPS在實(shí)踐環(huán)節(jié)雖然表現(xiàn)出諸多優(yōu)點(diǎn)，然而也有個(gè)別不足有待解決：首先，在點(diǎn)位確定方面，自由度偏窄。其次，使用成本相對偏高。

4 結(jié)束語

GPS技術(shù)的誕生和應(yīng)用，給水利工程勘察工作帶來了巨大影響，在很大程度上提升了觀測精度以及工作效率，在規(guī)劃環(huán)節(jié)、施工環(huán)節(jié)、驗(yàn)收環(huán)節(jié)、使用環(huán)節(jié)等發(fā)揮著極其重要的監(jiān)測作用，表現(xiàn)出了相當(dāng)理想的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]金習(xí)武.手持GPS在水利工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010，2：92.

[2]明連湖，王曉麗.Google Maps、GPS 與水利工程施工管理[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014，6：64.

作者簡介：陳秀霞（1976，8-），女，山東莒縣中樓鎮(zhèn)中樓村，漢族，本科，工程師，現(xiàn)在莒縣仕陽水庫管理處工作。