GPS技術在水利工程測量中的運用研究

宋德軍

(黔南州水利水電勘測設計院，貴州 都勻 558016)

GPS技術在水利工程測量中的運用研究

宋德軍

(黔南州水利水電勘測設計院，貴州 都勻 558016)

隨著水利工程建設規模的不斷擴大，水利工程測量工作變得越來越重要。目前，GPS技術被廣泛的運用在水利工程測量工作中，其運用和開發前景非常的廣闊。文章闡述了GPS技術在水利工程測量中的運用現狀和運用范圍，并且根據實例闡述了GPS技術在水利工程測量中的具體運用。

GPS技術；水利工程；測量；發展狀況；應用

0 引 言

隨著水利工程測量技術的不斷發展，越來越多的先進技術和設備被運用到測量工作中。GPS技術因為具有精度高、成本低以及效率高的特點，在水利工程中的運用變得越來越廣泛。

以下主要對GPS技術在水利工程測量中的運用相關內容進行分析。

1 GPS技術概述及其在水利工程測量中發展現狀

目前，對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和方法已經成為工作的重點內容之一。

越來越多的新技術和新方法被發現并運用到水利工程測量工作中。GPS技術也就是在不斷的發展中出現的。GPS技術在水利工程測量中，以其高效率，低成本，高精度，不需要通視等特點受到人們的歡迎，在水利工程測量中得到不斷的應用。

GPS就是全球定位系統的簡稱，它是無線式導航系統，其系統基礎為已經發射的地球衛星。我國測量采用的是美國發射的24顆導航衛星。通過測量地面三維坐標來實現導航或者定位。

隨著我國社會經濟的不斷發展，我國水利工程測量工作面臨著越來越多的機遇以及挑戰，因為GPS技術具有突出的優點，因而GPS測量技術在水利工程測量中得到了越來越多的應用。

GPS技術在水利工程中的初級應用是：

1)用GPS靜態或者快速靜態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。

而更高一級的應用是在水利工程測量中采用RTK技術，即所謂的實時動態定位技術。它將在水利工程測量中具有更加廣闊的應用前景。

2 GPS技術在水利工程測量中的應用

目前，GPS技術已經被廣泛的運用在水利工程測量中，并且在很多工程中都取得了比較好的效果。目前，GPS技術主要被運用在以下2個方面：

2.1 GPS外業測量

將GPS技術運用到外業測量中，工作的重點和關鍵點就是進行選點。

進行合理的選點對于水利工程測量的結果的精確度具有十分重要的影響。所以在選點之前，必須加強對水利工程測區的地理位置等情況的了解和收集，這都是做好選點的關鍵[1]。

GPS的觀測工作主要體現在無線安置和開機觀測，這與常規測量有很大的不同。

無線安置工作中，要做到在正常點位，天線應架設在三腳架上，并安置在標忐中心的上方直接對中，天線基座上的圓水準氣泡必須整平；在有風天氣中，應將無線進行三方向固定[2]。

2.2 GPS布網工作

將GPS運用到布網工作中，比如運用在引水工程中，通常都采用點連式或邊連式組成連續發展的三角鎖同步圖形，而對于工程樞紐地區的施工控制網和變形監測網，通常則采用邊連式或網連式布設，以增強網形的幾何強度，提高GPS控制網的可靠性和數據精度。

3 案例分析

3.1 工程概況

為滿足某水利工程測區預、普查設計的需要，我院對該區進行E級GPS靜態控制測量。主要的任務見下表1。

表1 主要的任務

針對該項目，我院計劃通過現場踏勘，圖上作業，制定本項目技術方案。

貴州省都勻市三都縣某水利工程測區的總體地勢中部低，南北兩端相對高，以中山—中低山地貌為主，巖溶地貌發育；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。

最高處位于勘查區東北部的三角坡，海拔575 m；最低處位于西南都柳江出境處，海拔395 m。最大相對高差180 m，一般在50～150 m，區內碳酸鹽巖廣布，暗河、溶洞、石林等巖溶地貌發育。

區內水系均屬長江流域，主要為都柳江水系。都柳江從工作區中部穿過。區內氣候屬中亞熱帶濕潤季風氣候，年均氣溫15℃～17℃，平均14 ℃左右，年降水量1 100～1450 mm，年日照時數1 000～1 500 h，年無霜期270～290 d。

災害性天氣有倒春寒、伏旱、冰雹、秋季低溫和連綿陰雨等。

居民主要有漢、布依、苗、彝、水、仡佬、回、侗、壯、白、東鄉等22個民族。總體以農業經濟為主，糧食作物主要有水稻、玉米、小麥，經濟作物主要有油菜、烤煙和茶葉。

工業方面，福泉市地區以磷礦業為龍頭帶動相應的加工業為主，其次為煤礦開采業。是黔南州礦業經濟較發達的縣，交通較為方便[3]。

3.2 本測區已有資料分析和利用

本測區已有1∶10 000地形地質圖(貴州省有色金屬和核工業地質勘查局物化探總隊提供)。作為踏勘、測區范圍確定以及控制測量圖上設計的工作用圖。

起算坐標見表2。

表2 起點坐標

3.3 E級GPS控制網的布網原則

普查區福泉區塊計劃布設20個E級控制點。采用中海達F61靜態GPS接收機進行控制作業。靜態控制點編號采用E級網的字母GPS+順序號[4]。

對于該測區所布設的GPS控制網，考慮到便于工程點的測繪和以后施工的方便，為減少測區投影變形，采用自定義橢球參數，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=0 m，中央子午線經度108°。

按照相關規范和要求GPS網相鄰點間距滿足下表要求，特殊地方可以適當放寬，當與已知點聯測時個別點位于測區較遠時，可以放寬2倍[5]。

布網具體要求見表3。

表3 布網具體要求

GPS網由非同步獨立邊構成多邊形閉合環，布網中以測區實際情況為主，適當考慮交通情況以便于施測，初步設計首級網形圖，實際布網時，經技術審核人同意后，根據實際情況可適當改變[6]。

3.4 觀測要求

表4 觀測基本要求

點位的選擇要利于其他測量手段擴展和聯測，要求點位堅實穩定，易于長期保存。點位必須利于觀測，視野開闊，避免干擾，并且至少和該網中一個點相通視。

野外數據采集時，觀測員應嚴格按照觀測計劃規定的時間作業，確保同步觀測，當接收機預置狀態正確后，才可啟動接收機。

天線安置按照GPS相關測量規范，天線安置對中誤差≤3 mm，天線安置好后，在各觀測時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。接收機啟動正常后才可記錄數據。

在觀測過程中觀測員要時時查看接收機狀態，若發現異常，應作好記錄，并采取相應處理措施。

同一觀測時段中，不得改變天線方向；不得關機；不得碰動天線。

觀測記錄必須如實填寫，不得涂改，不得測后補記錄；經檢查所有作業項目均完成并符合要求后，方可搬站。

野外記錄將作為提交資料的一部分。

3.5 基線解算

基線向量的解算，采用隨機軟件包南方測繪GPS數據處理進行計算，取雙差固定解。并及時對同步環閉合差、異步環閉合差以及重復邊進行檢查計算。同步環坐標分量以及環長相對閉合差見表5，不應大于表5規定。

表5 同步環坐標分量以及環長相對閉合差

平差計算仍采用隨機商用軟件包HDS2003 數據處理。當基線解算各項指標均符合要求后，以一個點的WGS-84系三維坐標為起算依據，進行GPS網的無約束平差。

提取各基線向量的三維坐標觀測值的改正數、基線邊長以及點位和邊長的精度信息，并考察GPS網的內符合精度。

在無約束平差中，基線向量的改正數絕對值應滿足如下要求：V△x≤3δ；V△y≤3δ；V△h≤3δ。

當超限時，可采用軟件提供的方法或人工干預剔除粗差，使之滿足要求。

在無約束平差有效的基礎上，在該測區建立或選定的坐標系統下進行三維約束平差，約束點的已知坐標、距離或已知方位可作為強制約束固定值，也可作為加權觀測值。三都縣猴場測區以黨校后山GPS(C)，白家山GPS(C)強制約束點。高程采用曲面二次擬合。

基線向量的改正數與剔除粗差后的無約束平差結果的同名基線相應改正數的較差應滿足：dVx≤2δ；dVy≤2δ；dVh≤2δ。

當超限時，應采用人工干預的方法剔除某些誤差較大的約束值，使之滿足要求。

4 結 語

綜上所述，GPS具有非常突出的特點，并且具有較好的運用效果。在水利工程測量工作中，必須加強GPS技術運用的研究，對GPS測量方法進行充分的掌握，為今后的水利工程測量定下基礎。在進行GPS技術的運用過程中，必須對測量結果的精確度以及實用性進行保證。

在今后的發展中，GPS技術技術將會變得越來越完善，GPS技術將為水利工程測量帶來更加顯著的發展。

[1]王耀華，尚學勇.GPS在水利工程測量中的運用探討[J].河南建材，2011(05)：12-13.

[2]陶歆貴.GPS RTK技術在水利工程測量中的應用[J].銅業工程，2007(02)：45-46.

[3]王廷剛.GPS RTK技術在現代工程測量中的應用[J].科技創新導報，2008(16)：23-24.

[4]陳文昭.全球定位系統(GPS)在福清閩江調水工程中的應用[J].水利科技,1994(03):25-30.

[5]王耀華,尚學勇.GPS在水利工程測量中的運用探討[J].河南建材,2011(05):145,148.

[6]楊立晉.GPS(RTK)技術在水利工程測繪中的應用[J].水利科技與經濟,2010(12):112-113.

1007-7596(2014)11-0176-03

2014-05-21

宋德軍(1980-)，男，仡佬族，貴州石阡人，工程師，從事工作和研究方向是水利工程測量。

P228.4；TV221.1

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