基于GPS技術(shù)的水電站庫(kù)區(qū)淤積測(cè)量研究

劉振山

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410004）

GPS是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的全球定位系統(tǒng)，其作為一種全新的三維定位測(cè)量技術(shù)。GPS系統(tǒng)一共由24顆衛(wèi)星組成，這24顆衛(wèi)星當(dāng)中，有3顆是作為備用的。這24顆衛(wèi)星被安排在6個(gè)軌道面中，單獨(dú)1個(gè)軌道面擁有4顆衛(wèi)星。GPS系統(tǒng)同時(shí)處于地平線上的衛(wèi)星數(shù)量也是不斷變動(dòng)的，其隨著時(shí)間和地點(diǎn)的變化而變化，同時(shí)位于地平線上的衛(wèi)星最多有11顆，最少4顆。GPS技術(shù)擁有不少的優(yōu)勢(shì)，其并不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，不僅如此，其測(cè)量點(diǎn)之間并不需要互相通視。正是這些優(yōu)點(diǎn)，讓GPS技術(shù)得到了很快的發(fā)展，大范圍地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。例如水電站庫(kù)區(qū)淤積量的測(cè)量，利用GPS技術(shù)可以很好地解決之前無法有效測(cè)量的難題。

1 GPS技術(shù)的水電站庫(kù)區(qū)淤積測(cè)量原理

隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，也促使了GPS產(chǎn)生了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分的定位方法，這種定位方法是以載波相位觀測(cè)值為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，其能夠?qū)崟r(shí)地將水電站庫(kù)區(qū)的淤積的檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確及時(shí)地反映出來[1]。通過GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)，基準(zhǔn)站能夠?qū)⑵湓谒娬編?kù)區(qū)的觀測(cè)數(shù)據(jù)以及觀測(cè)點(diǎn)經(jīng)過數(shù)據(jù)鏈的方式發(fā)送給移動(dòng)站。移動(dòng)站十分重要，其承擔(dān)了著很多任務(wù)，不僅負(fù)責(zé)接受來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還需要對(duì)GPS觀測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，不僅如此，其還要在系統(tǒng)之中將差分觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

這些年來，GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)得到了很大的發(fā)展，其憑借著GPS無比準(zhǔn)確的定位能力以及回聲測(cè)深技術(shù)，成為了現(xiàn)階段水下地形測(cè)量的最佳方法，這種技術(shù)正是目前水電站庫(kù)區(qū)淤積測(cè)量十分需要的[2]。要想準(zhǔn)確地計(jì)算出水庫(kù)容量其基礎(chǔ)很大程度上是由水下地形測(cè)量的精準(zhǔn)度決定的。通過GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)的運(yùn)用，可以最大程度地采取數(shù)據(jù)，并且其數(shù)據(jù)十分精準(zhǔn)，且速度很快。

測(cè)深儀的工作原理是通過超聲波在不同介質(zhì)表面會(huì)發(fā)生反應(yīng)的特點(diǎn)來進(jìn)行深度測(cè)量的。該設(shè)備的超聲波從探頭發(fā)出，通過對(duì)發(fā)射波以及反射波形成的時(shí)間差來進(jìn)行測(cè)量。移動(dòng)站到達(dá)水電站庫(kù)區(qū)的某個(gè)位置，會(huì)利用GPS對(duì)水深以及位置同時(shí)展開測(cè)量，這樣就能夠得到水電站庫(kù)底的任何位置的三維坐標(biāo)。將GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)運(yùn)用在水電站庫(kù)區(qū)淤積測(cè)量中，比起其他普通的方法，很明顯，其測(cè)量速度更為迅速，大大減少了測(cè)量的工作量，不僅如此，其測(cè)量的數(shù)據(jù)額十分精準(zhǔn)，簡(jiǎn)單可靠。

2 GPS技術(shù)的水電站庫(kù)區(qū)淤積測(cè)量中使用的設(shè)備

將GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)運(yùn)用于水電站庫(kù)區(qū)淤積測(cè)量需要使用的儀器設(shè)備主要包括GPS基準(zhǔn)站1臺(tái)、移動(dòng)站1臺(tái)、數(shù)字化測(cè)深儀1臺(tái)、計(jì)算機(jī)1臺(tái)、對(duì)講機(jī)4部、測(cè)量船1只。通過這些設(shè)備，就可以展開水電站庫(kù)區(qū)淤積的測(cè)量。

3 GPS技術(shù)的水電站庫(kù)區(qū)淤積測(cè)量的應(yīng)用

3.1 水電站庫(kù)區(qū)概況

某水電站庫(kù)區(qū)完工，其主要是以工農(nóng)供水、發(fā)電等為主。這些年來，其采砂量比較大，為了了解其庫(kù)容變化，運(yùn)用GPS技術(shù)對(duì)其淤積進(jìn)行測(cè)量，目的就是為了得到該水電站庫(kù)區(qū)當(dāng)前的準(zhǔn)確狀況。

3.2 測(cè)量過程

該水電站庫(kù)區(qū)規(guī)模很大，其水庫(kù)的水面面積也很大，這也導(dǎo)致淤積測(cè)量的工作量很大。該水電站庫(kù)區(qū)的淤積測(cè)量工作：

（1）準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備工作要求有關(guān)的人員到位，對(duì)檢測(cè)儀器要進(jìn)行檢測(cè)，排除其可能的故障。還需要準(zhǔn)備充電、船只、導(dǎo)線等。

（2）轉(zhuǎn)換參數(shù)，根據(jù)該水電站庫(kù)區(qū)管理局給的控制點(diǎn)坐標(biāo)，利于GPS的固定站和移動(dòng)站設(shè)置好參考坐標(biāo)等，并將當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系轉(zhuǎn)換成四參數(shù)。

固定站架需要安裝在管理處的天臺(tái)，并對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行檢查，確定不存在信號(hào)反射物，不僅如此，還要確保GPS觀測(cè)衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量指標(biāo)，這樣就能保證流動(dòng)站能夠處于有效的信號(hào)輻射范圍，這樣GPS系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)才能確保穩(wěn)定。

（3）選擇航跡線，需要沿著水電站庫(kù)區(qū)布置好測(cè)線，并且根據(jù)有關(guān)規(guī)定，在布置測(cè)線的時(shí)候需要將間距保持在20m的距離，并保持測(cè)線的平行。而沿著測(cè)線的測(cè)點(diǎn)布置距離則是5m，不過，測(cè)點(diǎn)布置的密度并不是一成不變的，在靠近庫(kù)尾、測(cè)線等方位則需要加大測(cè)點(diǎn)的密度，這樣可以更加真實(shí)地將水下的地形充分反映出來。對(duì)水下地形變化很大的地方，需要增加測(cè)點(diǎn)的密度。

（4）測(cè)量設(shè)備的安裝連接和測(cè)試，測(cè)深儀、移動(dòng)站等安裝完畢后，就開始接通計(jì)算機(jī)，接下來就是開始聯(lián)機(jī)，以保證測(cè)量設(shè)備處于最佳狀態(tài)。

（5）儀器的校準(zhǔn)核對(duì)以及初始值的設(shè)置，這一步是每天都要做的任務(wù)，每天在測(cè)量之前都需要對(duì)儀器進(jìn)行校對(duì)，保證其參數(shù)的正確，并把測(cè)量船通過導(dǎo)航開到預(yù)定的位置，然后展開測(cè)量工作。

（6）啟動(dòng)測(cè)量船，這一步就是開始測(cè)量的時(shí)候，測(cè)量船運(yùn)行的軌跡和速度需要依靠導(dǎo)航軟件來控制，需要保證測(cè)量線之間的距離。為了保證測(cè)量的精確程度，需要將測(cè)量船反復(fù)的調(diào)試校對(duì)，穩(wěn)定船速。

（7）對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與儲(chǔ)存，事實(shí)上，實(shí)際的水電站庫(kù)區(qū)淤積測(cè)量工作中，絕大多數(shù)據(jù)都會(huì)自動(dòng)記錄，這極大地減少了記錄的工作量。

4 結(jié)束語

綜上所述，比起其他普通方法來說，通過GPS技術(shù)對(duì)水電站庫(kù)區(qū)淤積測(cè)量具備不少的優(yōu)勢(shì)。比如GPS技術(shù)在測(cè)量工作中國(guó)的各種數(shù)據(jù)都是自動(dòng)生成的，這對(duì)于水電站庫(kù)區(qū)淤積測(cè)量工作而來極大地減少了其部分工作量。不僅如此，因?yàn)镚PS技術(shù)的數(shù)據(jù)采集是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的，這樣就可以確保其數(shù)據(jù)的真實(shí)性，其優(yōu)點(diǎn)還不止于此，其還具備準(zhǔn)確，反應(yīng)速度很快等優(yōu)勢(shì)。通過GPS技術(shù)對(duì)水電站庫(kù)區(qū)淤積進(jìn)行測(cè)量，就可以明確其淤積情況，從而對(duì)水電站庫(kù)區(qū)展開針對(duì)性的調(diào)整與整治。不僅如此，GPS技術(shù)也為水電站庫(kù)區(qū)的安全與可靠提供了依據(jù)，這對(duì)后續(xù)的水電站庫(kù)區(qū)工作有些不小的益處。事實(shí)證明，GPS技術(shù)已經(jīng)在很多水電站庫(kù)區(qū)得到應(yīng)用，得到了高度的肯定，值得推廣應(yīng)用。

[1]周濤.安康水電站庫(kù)區(qū)淤積與庫(kù)容測(cè)量研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2014.

[2]吳順鵬，粱巧秀，李曉霄.黃河大峽水電站庫(kù)區(qū)淤積測(cè)量及現(xiàn)狀分析[J].甘肅水利水電技術(shù)，2017（02）：30～32+36.