GPS技術在水利控制測量中的應用

王向衛(wèi)

摘 要：我國人口眾多，水利資源豐富，水資源使用較多，因此需要大量的水利工程，進行水資源的輸送，確保人們日常生活用水以及農田灌溉用水。水利工程在建筑之時首先需要進行測量，隨著科技水平不斷提高，尤其是現在的全球定位系統GPS不但能夠提供更加精準的測距服務，其自身具有全天候、實時性、抗干擾性等眾多優(yōu)點，能夠更加準確提供真實的速度，三維坐標以及精準視線。

關鍵詞：GPS 技術;水利工程;測量

1 GPS工作原理

GPS系統屬于全球定位技術，該技術已日趨成熟，逐漸運用于工業(yè)、軍事、礦產、建筑等各個領域，目前已獲得較為明顯的成果。該技術具有高精度與高效率的優(yōu)點，對于傳統工程測量，通常需布置控制網，實施樁位放樣，大多使用全站儀、測距儀等儀器。而GPS系統完全不考慮氣候因素，不受地形環(huán)境影響，確保工程測量能夠高精度與高效率。

首先，動態(tài)分析樁位放樣，樁位精確度誤差可控制于厘米級。

其次，構建放樣平臺。利用GPS技術，可構建放樣平臺，在施工平臺中設置鋼管樁放樣，有利于減少外業(yè)測量時間。

第三，偏心檢查。為確保精確度，可實現一物兩用，利用樁位偏心檢查技術，使工程測量效率顯著提升。使用GPS技術需注意，部分測量數據不能夠直接獲取，必須與其它測繪儀器相結合，方可順利完成工程測繪。

第四，GPS與傳統測繪技術可有效結合，實現測量定點與定時，現階段，通常采用靜態(tài)定位技術與快速的靜態(tài)定位技術。

2 GPS 技術在水利應用特點

水利工程在GPS 技術應用上，借助于GPS 衛(wèi)星定位，能夠實現工程的精確定位。GPS 系統主要有三個部分構成，分別是空間和用戶、地面設備方面，其中空間部分主要是距離地面2000 千米高度有二十四顆衛(wèi)星在軌道上，實現全天候的控制和觀測，隨著大氣摩擦的影響，導航精度上會有一定的偏差。對于地面控制系統中，有地面監(jiān)測中心和主要控制站以及地面天線等，地面控制系統主要是接收衛(wèi)星發(fā)布的信號，然后測量衛(wèi)星軌道以及相距距離。還有用戶設備，主要是GPS信號接收機，這種設備能夠精確獲取衛(wèi)星信號，同時經過內部的處理和計算機分析后，能夠有效獲取用戶坐標。

GPS 技術的適應性非常好，且能夠應用到許多行業(yè)中，和一般的測量技術比較而言，其自身具備更多的高科技優(yōu)點。GPS 技術能夠實現高度自動化，且操作上比較簡單、方便，在測量的過程中，只需一點簡單動作，例如操作連接電纜線工作，放置相關儀器等，這些工作都是非常簡單，即可實現GPS 技術的自動化跟蹤。同時，還可以不間斷的全天候提供導航服務和各種測量工作，且觀測需要的時間很短，能夠獲得較高精度的測量數據。

3 GPS技術在水利控制測量中的應用

3.1 建立工程控制網

工程控制網作為工程管理和建設的基礎，其類型及精度與工程項目的規(guī)模和性質均有密切的聯系。通常情況下，工程控制網的覆蓋面越小，點位密度越大，對于精確度得要求也就越高。邊角網是最為常用的方法之一。采用 GPS 定位的方法構建控制網，對于點位選擇的限制較少，測量精度較高，且具有時間短和費用低等諸多優(yōu)點。在工程首級控制網中應用廣泛。應用GPS 技術進行控制網建立，一般多采取載波相位靜態(tài)差分技術，以保持毫米級得測量精度。采用GPS 技術建立施工控制網以及工程控制網均擁有十分明顯的優(yōu)勢。道路施工和勘探控制網，具有橫窄、縱長的特點。通常采取三角鎖、導線的方式，并常常需要進行分段實施，以防止誤差積累。采取GPS 技術，因為點與點之間沒有通視的需要，能夠敷設較長的三角鎖，實現長距離線路坐標控制的一致性。

3.2 選點與立標

GPS水利測量時應該遵循四大原則：

1）測量點選擇交通便利、周圍無障礙物的地方，視野開闊保證有足夠的視場;另外測量點地面基礎牢固，而且易于下次找到，保存測量點的位置。

2）測量點選擇在至少200米內沒有大功率無線電發(fā)射源;離高壓線的距離不得小于50m，以避免高壓線產生的電磁場對GPS信號的干擾。

3）測量點選擇在無強烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體，如大面積水域是強烈的干擾物，因此要避免大面積水域。如此選擇的目的是為了避免多路徑效應。

4）測量點選擇時，有就測量點不選新的測量點。使用舊的測量點前對舊點的穩(wěn)定性和完整性進行檢查，符合要求繼續(xù)使用。另外GPS網點要鋪設標志性的標石。為準確標定點位，另外選擇標石也有要求，選擇的標石要穩(wěn)定、堅固以便長久使用。預埋標石后及時標記和更新選點網圖。

3.3 平面控制測量

GPS與EDM導線結合的方法對于高水頭的水利工程，輸水隧洞的控制是整個工程的核心。由于水利工程處位于山地狹谷這種特殊的位置，采用GPS測量往往受到地形條件的限制，不能直接在壩址、進出洞口（支洞）、廠房等關鍵位置上施測，而只能在附近山脊等開闊處選取合適的點位，再用EDM導線延伸至需要的位置上。在各施工區(qū)如壩址、洞口、廠房等處布點時，每處至少布設2～3個點，并使各相鄰點互相通視，最好能組成一個三角形，以便檢驗測量成果的精度。常用的方法有：用全站儀測量兩點間的平距與GPS二維約束邊長進行比較，用全站儀測量單角與GPS坐標反算角度值進行比較等。

測距導線作為水利工程的地表控制是非常合適的，一方面全站儀在生產單位已得到全面的普及，同時它又有良好的測角、測距精度;另一方面，測距導線選點的自由度大，能在所需的地方布點，并能一次性完成平面和高程控制測量。為提高隧洞的貫通精度，減少壩址與廠房間控制點的數量，導線宜布設成直伸型。

3.4 擬合高程測量

水利工程中采用GPS高程測量與幾何水準相比較，具有許多優(yōu)越性，主要表現在電間無須通視、觀測操作簡單、網型連接要求不嚴、減輕外業(yè)作業(yè)人員的勞動強度、提高工作效率，具有良好的經濟效益和社會效益。在平原或丘陵地區(qū)的一般工程測量中，完全可以用GPS高程擬合的方法代替四等水準或普通幾何水準測量。在帶狀測區(qū)，高程擬合采用線性擬合更合適，而在面狀地區(qū)，則不太合適。在山區(qū)GPS網中，只要聯測適量的幾何水準，利用數值擬合法求解GPS正常高，可以達到山區(qū)四等水準的要求。

GPS高程控制網的設計應根據高程異常的變化情況，對水準聯測進行設計，應做到精心設計、精心觀測和精心解算。聯測的幾何水準應分布于線型網的兩端和中部。如果是區(qū)域網應均勻分布于周邊和網的內部。這樣布設擬合的精度最好、最合理。網型傳遞應采用網連式，高程的傳遞應采用符合方式進行高程推算。控制點的選點應盡量選擇適合GPS觀測的環(huán)境，以保證觀測質量。減少外業(yè)的返工率和作業(yè)時間。同時作好星歷預報，計劃好觀測時間，確保衛(wèi)星數量和接收數據的質量。

4 結語

GPS 測量技術在水利工程中發(fā)揮著重要的作用，由于其具有高精度、高準度、全天候、時間短、多功能、操作簡單、自動化程度高等優(yōu)點，為水利工程的測量帶來了極大的便利，提高了水利工程的測量效率。隨著科技的發(fā)展，GPS 測量技術也會不斷得到提高和改進，使其會越來越多、越來越廣地運用到水利工程建設中去，從而促進我國水利工程建設的發(fā)展和完善。

參考文獻

[1]李冬韓.GPS 測量在水利工程測量中的應用探析[J].河南水利與南水北調，2015（02）：37-38.

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