對GPS技術用于水利工程勘察的分析

摘 要：現如今，我國水利事業正處于快速發展之中，傳統測量方法越來越難以滿足其現實需要，而GPS技術則憑借其優越性獲得業界廣泛重視。文章基于GPS技術用于水利工程勘察進行分析，首先概述了GPS技術、GPS技術的應用，最后結合實例加以探討，以期為水利工程勘察工作提供有益參考。

關鍵詞：GPS技術；水利工程；勘察

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

1 GPS技術概述

1.1 GPS定位系統

GPS定位系統，即全球定位系統，屬于一種能夠借助定時以及測距以準確確定空間交會定點的現代導航系統，能夠提供高質量的三維坐標等信息，表現出了良好的連續性、實時性以及準確性[1]。

1.2 GPS定位技術

GPS定位技術主要包括：（1）GPS靜態定位。所謂GPS靜態定位指的是，按照觀測方案，把GPS接收機布設在待定點以實現對衛星信號的接收。在定位過程中，接收機位置一直保持靜止狀態；（2）實時動態定位（即PTK技術），是以載波相位觀測值為基礎的一種實時差分技術。對于RTK技術，其主要思想是于基準站布設一臺GPS接收機，予以不間斷觀測，同時將全部觀測數據以實時在線的方式傳輸到用戶觀測站，用戶站不僅能夠接收相應的衛星信號，與此同時，還能夠獲得基準站提供的觀測數據。最終基于相對定位這一原理，準確計算出用戶站所對應的三維坐標與精度[3]。

2 GPS技術在水利工程勘察中的應用

2.1 變形監測

變形監測通常用來監測水利工程構筑物情況，包括有無地基沉降、有無位移、有無整體傾斜等。以大壩形變監測工作為例，可在遠離大壩的某個理想位置，確定一些基準點，與此同時，在形變區確定一些監測點。在上述兩點分別布設GPS接收機，予以不間斷自動觀測，并以實時在線方式將數據提供給數據處理中心，接受后續的分析以及處理[4]。

2.2 截流施工

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

2.3 滑坡監測

在滑坡監測工作中，需要計算出目標監測點所對應的相對位移量，而這一數據能夠通過測量監測點所對應的大地高的具體變化來獲取。GPS能夠高精度地測量出目標監測點在WGS-84坐標系中的大地高，然后比較和分析其和正常高之間的關系，便可以求取工程實際需要的正常高的值，如此一來，便可實現對滑坡的有效監測。

3 工程應用實例——以GPS在滑坡體勘察中的應用為例

在仕陽水庫水電站改造的施工中，勘察發現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、傾倒以及松土現象，使巖層以一個極緩慢的速度發生蠕變變形，進而誘導巖層發生各向分離現象，最終形成規格不一的若干個滑坡體。如果滑坡體出現坍塌事故，將會給工程施工和后期使用帶來嚴重威脅。所以，在該工程施工中，基于這些滑坡體進行勘察具有相當積極的現實意義。

3.1 要求

首先，明確勘察內容，并完成布網。對滑坡體進行勘察時，主要涉及下述內容：（1）滑坡體、地表各自的水平位移；（2）測量區域內各構造物的沉降數據；（3）地表垂直位移等。基于布網的具體需求，選擇和使用科學的布網方式。其次，選用適宜的測量裝置。在勘察工作中，通常而言應使用四臺甚至更多的性能優異的GPS信號接收機予以同步觀測，操作時應盡可能地確保衛星擁有較理想的狀態。在數據分析方面，可使用中海達HGO數據處理軟件包這一工具以實現對基線向量的有效解算。

3.2 四等GPS測量方案及控制網

滑坡體容易發生滑動或者坍塌，因而施測時的一些點位有幾率遭受破壞，所以，本工程通過雙基點法進行觀測，在以左壩頭滑坡體為對象而進行的一應測量中全部立足于同一工作基點進行相關觀測，從而實現對滑坡體的系統分析。通過全面且細致的分析之后，把SD1、SD2設置為工作基點，它們的位置極其牢固，另外，點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，共設置了六臺中海達V30-GPS信號接收機，正式觀測作業前，挑選最理想的觀測時段（9：00-16：00）以完成外業觀測工作。對于各滑坡體，要求在一個工作日內完成所有的觀測任務。在外業觀測環節，在SD1和SD2處分別設置一臺GPS信號接收機，而另外四臺則根據需要設置在左壩頭滑坡體的各個測點上，進行九十分鐘的觀察之后，再把它們轉移到接下來的一組測點。在所有觀測中，全都應用相同的一種測量方案。除此之外，針對初始值予以觀測時，為保證測量儀器及時到位以及測量點的有效性，應編制其點名對照表，在后段復測作業過程中，均依據該對照表進行。其次，通過GPS實施觀測時，應特別關注下述內容：（1）對于接收機的天線量高，應利用游標卡尺進行量取以保證其精確性，將精度控制在0.1mm以內，開始、結束環節各測一次，然后計算出兩者平均數；（2）應為接收機配備充足電源，防止觀測過程中發生電源不夠用的問題，另外，當接收機處于工作狀態時，在其附近十米范圍內不允許使用無線電報機。

3.3 GPS測量數據的處理

首先，應以WGS-84系統為工具進行計算，對不良基線進行調整以確保同、異步環能夠合格通過，同時還需要通過標準模型予以計算。其次，計算時可有機運用廣播星歷予以相關處理。再次，對于同時段中的各測量數據，應將剔除率控制在10%以內。在若干次測量之后，最弱點點位所對應的誤差均應控制在3mm以內。相較傳統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值，其中有87%左右的位移量的差值能夠控制在10mm以內，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。由上述數據可知，針對水利工程滑坡體進行勘察時，通過GPS所取得的觀測數據能夠很好地滿足精度的實際需求。值得一提的是，GPS在實踐環節雖然表現出諸多優點，然而也有個別不足有待解決：首先，在點位確定方面，自由度偏窄。其次，使用成本相對偏高。

4 結束語

GPS技術的誕生和應用，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，在規劃環節、施工環節、驗收環節、使用環節等發揮著極其重要的監測作用，表現出了相當理想的應用前景。

參考文獻

[1]金習武.手持GPS在水利工程地質勘察中的應用[J].科技創新導報，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，山東莒縣中樓鎮中樓村，漢族，本科，工程師，現在莒縣仕陽水庫管理處工作。