GPS技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用分析

姚俊

摘 要：中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)給予了高度重視。水利工程作為重要的基礎(chǔ)工程項(xiàng)目，隨著項(xiàng)目數(shù)量的增多，工程質(zhì)量成為需要重點(diǎn)把握的問(wèn)題，做好前期測(cè)量工作是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。GPS技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于水利工程測(cè)量中，以較高的自動(dòng)化程度實(shí)現(xiàn)了全天候工作，且實(shí)現(xiàn)了高精度測(cè)量，不僅降低了測(cè)量成本，而且還對(duì)傳統(tǒng)的三角高程測(cè)量中所存在的不足予以了補(bǔ)充。本論文著重于探究GPS技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水利工程；GPS技術(shù)；測(cè)量；應(yīng)用

水利工程建設(shè)關(guān)乎到國(guó)計(jì)民生，要確保工程建設(shè)項(xiàng)目安全而順利地展開(kāi)，就要重視工程測(cè)量。GPS技術(shù)是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，應(yīng)用于水利工程測(cè)量中，根據(jù)工程測(cè)量需要對(duì)軟件測(cè)量技術(shù)和硬件測(cè)量技術(shù)不斷地研發(fā)，由此而降低了工程成本，提高了測(cè)量工作效率。

一、GPS技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)代水利工程對(duì)測(cè)量技術(shù)的要求很高，特別是在特殊地區(qū)測(cè)量，采用傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器難以獲得高精度數(shù)據(jù)。應(yīng)用GPS技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量方式以改變，使得測(cè)量工作從控制、碎部、施工放樣到監(jiān)測(cè)，都構(gòu)建了系統(tǒng)化模式。從目前的水利工程監(jiān)測(cè)情況來(lái)看，采用GPS技術(shù)對(duì)于水壩的壩體進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，這是水利工程建設(shè)中重要的監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)。采用GPS技術(shù)對(duì)水下的地形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由于GPS可以做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，針對(duì)河床平面的變化、高程變化等等都可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，以為制定防洪資料提供基礎(chǔ)資料[1]。

二、運(yùn)用GPS技術(shù)進(jìn)行水利工程測(cè)量中需要注意的問(wèn)題

（一）運(yùn)用GPS技術(shù)進(jìn)行水利工程測(cè)量的程序

水利工程測(cè)量中，運(yùn)用GPS技術(shù)需要經(jīng)過(guò)4個(gè)步驟，即GPS測(cè)量?jī)x器的選擇、靜態(tài)測(cè)量方法、快速靜態(tài)測(cè)量方法和動(dòng)態(tài)測(cè)量方法。

GPS技術(shù)應(yīng)用中，需要選擇合適的接收機(jī)，雖然接收機(jī)分為單頻和雙頻兩種，而且測(cè)量的準(zhǔn)確性差異不大，但是單頻接收機(jī)的信息接受效果會(huì)更好些。同時(shí)，還要根據(jù)檢測(cè)要求選擇高質(zhì)量的檢測(cè)機(jī)，以確保數(shù)據(jù)信息能夠得到有效處理，獲得正確的結(jié)果。

靜態(tài)測(cè)量法是通過(guò)布網(wǎng)將所有的測(cè)量點(diǎn)都建立連接，形成環(huán)狀，同時(shí)還要對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)和流動(dòng)點(diǎn)之間的距離把握好度，最好是能夠控制在20公里以?xún)?nèi)，以能夠獲得準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

與靜態(tài)測(cè)量法有所不同，快速靜態(tài)測(cè)量法要在實(shí)現(xiàn)設(shè)置的基準(zhǔn)站上確定放置接收機(jī)的位置，以使其能夠有效地實(shí)施衛(wèi)星跟蹤工作。所有通過(guò)衛(wèi)星跟蹤所獲得的信息，都要傳送到移動(dòng)站，以對(duì)所獲得的信息進(jìn)行整合、分析，得出所需要的結(jié)果[3]。

（二）影響GPS技術(shù)準(zhǔn)確測(cè)量的因素

在水利工程測(cè)量中，雖然GPS技術(shù)具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是，由于通過(guò)衛(wèi)星運(yùn)行和信號(hào)傳送進(jìn)行定位觀(guān)測(cè)，就會(huì)受到一些不可抗拒因素的干擾。這些因素包括天空的能見(jiàn)度、氣壓、電離層、對(duì)流層等等。

GPS 接收機(jī)通過(guò)接受衛(wèi)星信號(hào)傳輸導(dǎo)航信息，信息傳輸?shù)乃俣葧?huì)受到天空能見(jiàn)度的影響。如果天空的能見(jiàn)度低，導(dǎo)航信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中，就需要延時(shí)判斷，由此而影響傳輸效率。當(dāng)導(dǎo)航信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中遇到障礙物，比如高山、森林以及高層建筑物等等，信號(hào)接受效率就會(huì)相應(yīng)地有所下降。

氣壓水平對(duì)GPS 接收機(jī)的信號(hào)接受具有一定的影響。雖然GPS氣壓測(cè)高的精度相對(duì)較高，但是會(huì)由于測(cè)高水平不夠而影響測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性。（下圖1為水利工程測(cè)量中GPS 接收機(jī)的信號(hào)傳輸圖）

由于GPS信號(hào)是在空間傳播，大氣中的電離層和對(duì)流層會(huì)影響到信號(hào)的傳輸質(zhì)量，特別會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸?shù)穆窂揭愿淖儯灾粮淖冃盘?hào)傳輸速度。

三、水利水電工程測(cè)量中對(duì)GPS技術(shù)的應(yīng)用

（一）水利水電工程建設(shè)中不規(guī)則區(qū)域的測(cè)量

水利水電工程建設(shè)區(qū)域以不規(guī)則區(qū)域居多，為了獲得精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果，可以應(yīng)用GPS 技術(shù)，而不需要多級(jí)布網(wǎng)就可以完成。GPS 技術(shù)是以跟蹤的方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，可以將信號(hào)接收機(jī)放置在待測(cè)量不規(guī)則區(qū)域的一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)上，通過(guò)傳輸GPS信號(hào)以不間斷跟蹤，達(dá)到跟蹤時(shí)間段之后，將運(yùn)動(dòng)載體所在位置確定下來(lái)[4]。各個(gè)時(shí)間段都會(huì)有不同的位置確定下來(lái)。將所有的點(diǎn)連接，就可以繪制出運(yùn)動(dòng)載體的運(yùn)動(dòng)軌跡。軌跡范圍即為需要測(cè)量的區(qū)域范圍，由此而計(jì)算出所在區(qū)域的面積。

（二）水利水電工程建設(shè)中灌區(qū)地形圖的測(cè)繪

水利水電工程建設(shè)中，對(duì)灌區(qū)地形圖的測(cè)繪，可以采用布網(wǎng)的方式，即將測(cè)量控制網(wǎng)建立起來(lái)，對(duì)所測(cè)量位置的平面坐標(biāo)確定下來(lái)，獲得測(cè)量結(jié)果。對(duì)測(cè)繪水利水電工程的灌區(qū)地形圖，應(yīng)用這種測(cè)量方式，測(cè)量精度跟高，且避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的問(wèn)題存在。由于測(cè)量過(guò)程中不會(huì)缺乏中立數(shù)據(jù)，運(yùn)用GPS高程擬合法就能夠獲得測(cè)量結(jié)果。GPS高程擬合法用于灌區(qū)地形圖的測(cè)繪，是采用灌區(qū)布網(wǎng)的方式將高程點(diǎn)確定確定下來(lái)，一般會(huì)采用量WGS84坐標(biāo)系，運(yùn)用GPS技術(shù)進(jìn)行大地高程測(cè)量[5]。應(yīng)用數(shù)學(xué)擬合法計(jì)算測(cè)量點(diǎn)的正常高度，將平面坐標(biāo)建立起來(lái)，并計(jì)算出高程異常值，即可構(gòu)造出大地布網(wǎng)。將待求點(diǎn)插入到高程異常值，就可以獲得待求點(diǎn)的坐標(biāo)，由此而實(shí)現(xiàn)正常高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

（三）水利水電工程建設(shè)中動(dòng)態(tài)與靜態(tài)的測(cè)量

RTK技術(shù)是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)技術(shù)，作為GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的新階段，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在水利水電工程建設(shè)中采用RTK技術(shù)，可以提高GPS測(cè)量的工作效率。從RTK系統(tǒng)的構(gòu)成上來(lái)看，包括三個(gè)部分，即基準(zhǔn)站、流動(dòng)站、數(shù)據(jù)鏈，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量。水利水電工程所在施工場(chǎng)地如果為一般地形，采用RTK系統(tǒng)就可以一次性將5公里半徑內(nèi)測(cè)量完畢。操作也非常快捷，只需要1秒鐘至2秒鐘的時(shí)間就可以完成測(cè)量人物。對(duì)地形的測(cè)量，每個(gè)測(cè)量小組每天就可以完成1.0-1.5平方公里的地形測(cè)繪，而且精度高、效率高。RTK系統(tǒng)具有極高的自動(dòng)化程度，而且集成化程度較高，特別是RTK系統(tǒng)可以勝任測(cè)繪外業(yè)，且能夠保證作業(yè)精度。通常情況下，RTK系統(tǒng)的精度可以達(dá)到厘米級(jí)，而且不會(huì)存在誤差積累的問(wèn)題，只要流動(dòng)站配備有高效的手持操作手簿，配置相應(yīng)的軟件，就能夠?qū)λこ虒?shí)現(xiàn)多種測(cè)繪而不會(huì)出現(xiàn)誤差。

結(jié)論：

綜上所述，水利工程測(cè)量中，應(yīng)用GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了新的技術(shù)突破。GPS技術(shù)不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)中所存在的缺陷，而且還提高了測(cè)量精度和測(cè)量效率。由于GPS技術(shù)為動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，可以全天候不間斷地跟蹤測(cè)量，并對(duì)觀(guān)測(cè)點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位，因此會(huì)提高水利工程測(cè)量工作質(zhì)量，對(duì)水利工程建設(shè)的不斷完善起到不可替代的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]任建江，李冬梅，嚴(yán)新軍.GPS測(cè)量技術(shù)在水利工程高精度變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)中的應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2011（02）：79-83.

[2]王俊艷.GPS 技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].科技與生活，2011（91）：179-179.

[3]余學(xué)祥，徐紹銼，呂偉才.GPS 變形監(jiān)測(cè)信息的單歷元解方法研究[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2012，31（02）：123-127.

[4]吳斌.GPS技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用體現(xiàn)[J].低碳世界，2015（03）：79-80.

[5]張華海，金繼讀. GPS 定位技術(shù)在地面形變測(cè)量中的應(yīng)用[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2010：124-131.