淺析GPS高程測(cè)量在水利水電工程中的應(yīng)用

邵冬梅++王喆

摘 要：工程測(cè)量對(duì)于水利工程建設(shè)具有重要作用，是確保工程建設(shè)質(zhì)量和安全的基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，GPS技術(shù)在工程測(cè)量中得到良好應(yīng)用。本文從GPS高程測(cè)量技術(shù)的基本概況出發(fā)，系統(tǒng)探討該項(xiàng)技術(shù)在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；高程測(cè)量；水利水電工程

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的今天，水利水電工程的規(guī)模不斷增大，為確保工程建設(shè)質(zhì)量必須做好相關(guān)測(cè)量工作。高程測(cè)量對(duì)于水利水電工程而言有著重要意義，對(duì)測(cè)量精度有極高要求，而應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行高程測(cè)量不但可以提升工作效率，還可確保測(cè)量的精準(zhǔn)度，有助于實(shí)現(xiàn)高程測(cè)量的現(xiàn)代化、信息化和數(shù)字化[1]。

一、GPS高程測(cè)量的基本概況

所謂GPS高程測(cè)量，就是把GPS技術(shù)應(yīng)用到地面點(diǎn)大地高測(cè)定中，直接或間接把地面點(diǎn)大地高予以確定。此種測(cè)量方法精度和測(cè)量效率都很高，在工程高程測(cè)量中逐步得到應(yīng)用。在利用該方法測(cè)量時(shí)，需記錄好相關(guān)數(shù)據(jù)、掌握測(cè)算方法，按照步驟操作。

一是明確相關(guān)概念，大地高就是地面點(diǎn)沿地球法線至球面距離；而正常高就是地面點(diǎn)至似大地水準(zhǔn)面距離，地面點(diǎn)正常高通常是確定的，兩者之差即高程差。

二在GPS高程測(cè)量時(shí)，需先完成高程轉(zhuǎn)換，這就需要先把大地高和正常高間的差值計(jì)算出來(lái)，進(jìn)而進(jìn)行兩高值間轉(zhuǎn)換。

三GPS高程測(cè)量易受外界因素影響，所以，為保證測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度，需要不斷改進(jìn)和完善此項(xiàng)測(cè)量技術(shù)。

二、GPS高程測(cè)量在水利水電工程中的應(yīng)用

（一）應(yīng)用現(xiàn)狀

在水利水電工程的測(cè)量中，GPS高程測(cè)量通常是進(jìn)行相對(duì)測(cè)量定位，應(yīng)用L1、L2載波相位提升提升測(cè)量的精確度，往往是通過載波相位進(jìn)行局域差分的測(cè)量，通過差分法計(jì)算出不同接收機(jī)間的一次差，然后根據(jù)此次結(jié)果算出二次差，再通過計(jì)算得到兩個(gè)差獲得待定基線長(zhǎng)度，然后確定所涉及的關(guān)鍵技術(shù)。操作方式一般是根據(jù)算法模型來(lái)決定的，當(dāng)前常用的算法模型有RTK作業(yè)、靜態(tài)作業(yè)等模式，尤以靜態(tài)作業(yè)模式常用，原因在于該種模式測(cè)量有較高的精確度、適用面廣，且該方法更適用于水利水電工程變形高程測(cè)量中[2]。而RTK作業(yè)模式具有迅速、實(shí)時(shí)、精確度高等特點(diǎn)，更適用于數(shù)據(jù)收集、采集或工程放樣等作業(yè)中，而對(duì)于水利水電工程的高程測(cè)量還需進(jìn)一步研究及開發(fā)。

現(xiàn)階段，GPS高程測(cè)量在水利水電工程測(cè)量中得到較為廣泛有效的應(yīng)用，我國(guó)有些重點(diǎn)水利水電工程項(xiàng)目就應(yīng)用到此項(xiàng)技術(shù)。比如：南水北調(diào)工程的西線工程，即長(zhǎng)江中下游段就應(yīng)用了此項(xiàng)技術(shù)。本次應(yīng)用中，高程精度已達(dá)四等水準(zhǔn)精度，可以看出GPS高程測(cè)量可對(duì)四等水準(zhǔn)之下的精度實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量。此外，大量測(cè)量研究表明，在確定GPS高程測(cè)量的測(cè)圖等高距，可達(dá)到測(cè)圖等高距達(dá)1m高程控制精度。

（二）具體操作

一是選擇測(cè)量點(diǎn)及埋設(shè)。應(yīng)選交通相對(duì)比、通達(dá)、開闊區(qū)域設(shè)為GPS點(diǎn)，且區(qū)域土質(zhì)應(yīng)堅(jiān)實(shí)，也可設(shè)點(diǎn)在穩(wěn)固建筑上，以便埋設(shè)及定時(shí)觀測(cè)，同時(shí)還可確保GPS點(diǎn)可長(zhǎng)時(shí)間的得到保護(hù)。相鄰的兩個(gè)GPS點(diǎn)間要保證能相互看到，換言之，就是把某點(diǎn)設(shè)于地形相對(duì)復(fù)雜、四周高山區(qū)域，應(yīng)確保視線內(nèi)無(wú)大量障礙物，進(jìn)而有效避免衛(wèi)星信號(hào)接收受到影響。GPS測(cè)量點(diǎn)需要設(shè)在和高壓線路或其他發(fā)射源有一定距離的地方，該距離必須在100m以上，同時(shí)周邊也應(yīng)避開干擾性大的信號(hào)。GPS測(cè)量點(diǎn)在埋設(shè)中所選用的土模應(yīng)為混凝土，且應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)澆灌方式完成，在核心部位需置入一定的鋼筋，以有效加固和保護(hù)。

二是科學(xué)有序觀測(cè)。在觀測(cè)時(shí)通常需要啟動(dòng)3臺(tái)GPS信號(hào)接收機(jī)，進(jìn)行同步觀測(cè)和分析，且要保證同步配備5顆以上衛(wèi)星，使GDOP數(shù)值在8以下，在靜態(tài)作業(yè)中，同步觀測(cè)時(shí)間需要在40分鐘以上，如果衛(wèi)星狀況不佳時(shí)，則需要適當(dāng)增加觀測(cè)時(shí)間，而觀測(cè)高度角要設(shè)為10°，每隔15秒采集一次數(shù)據(jù)，在觀測(cè)時(shí)需要參照有個(gè)技術(shù)規(guī)范，嚴(yán)格按照操作流程觀測(cè)把相關(guān)有價(jià)值的原始數(shù)據(jù)妥善記錄下來(lái)。在各項(xiàng)測(cè)量工作完成之后，對(duì)高程測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)、全面、科學(xué)的處理，自基線計(jì)算到測(cè)量質(zhì)量檢核，再到網(wǎng)平差等過程，最終獲得所測(cè)工程的精確高程值。

（三）注意事項(xiàng)

當(dāng)然，在水利水電工程中進(jìn)行GPS高程測(cè)量必須注意這幾方面的問題：（1）應(yīng)重視幾何水準(zhǔn)法的應(yīng)用，這是水利水電工程高程測(cè)量中最為常用的一個(gè)方法，但該方法的作業(yè)效率較低，所以，要特別重視GPS高程測(cè)量的科學(xué)性研究，以確保水利水電工程測(cè)量的精準(zhǔn)度。（2）GPS在軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)是是有限的，在對(duì)空視線受到阻擋的情況下，無(wú)法有效保障水利工程水電工程高程的正常測(cè)算，必然會(huì)影響到定位精確度[3]。（3）GPS高程測(cè)量在實(shí)際應(yīng)用中，要解決好這幾個(gè)問題：一是GPS高程測(cè)量?jī)H僅得到的是大地高，而水準(zhǔn)測(cè)量需正常高數(shù)值，所以，似大地水準(zhǔn)面的確定在高程測(cè)量中極為關(guān)鍵；二是似大地水準(zhǔn)面在確定時(shí)，需應(yīng)用測(cè)區(qū)及周邊數(shù)學(xué)高程、重力場(chǎng)、大地水準(zhǔn)等模型，并應(yīng)用中立法技術(shù)開展重力似大地水準(zhǔn)面計(jì)算，再通過平面似合方式來(lái)完成重力似大地水準(zhǔn)面糾正參數(shù)計(jì)算，最后應(yīng)用糾正參數(shù)對(duì)似大地水準(zhǔn)面精度予以分析和計(jì)算。

三、結(jié)語(yǔ)

總而言之，GPS高程測(cè)量是信息時(shí)代下測(cè)繪技術(shù)不斷進(jìn)步的結(jié)果，而把它充分應(yīng)用到水利水電工程測(cè)量中，可有效提升工作效率，確保精準(zhǔn)度，但在應(yīng)用中仍需要注意一些問題，這就要求對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步研究，以提高其適用性和可行性，使其技術(shù)優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮，為水利水電工程建設(shè)給予技術(shù)和數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]李吉華.GPS高程測(cè)量在水利工程中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技，2014，7（12）：159-160.

[2]吳恒友，羅天文.EGM2008重力模型GPS高程測(cè)量在水利工程中的應(yīng)用[J].數(shù)字通信世界，2010，14（6）：511-512.

[3]黨碧江.GPS高程測(cè)量技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2011，4：117-118.