GPS在水利工程測量中的應用

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一、GPS測量工作原理及其技術特點

(一)GPS測量工作原理

GPS英文全名是“Global Position System”，意為“全球定位系統”。該系統是以衛星為基礎的無線電導航定位系統。GPS空間部分使用了二十四顆衛星組成的星座，衛星高度約20200公里，分布在六條升交點互隔60度的軌道面上，每條軌道上均勻分布四顆衛星，相鄰兩軌道上的衛星相隔40度，使得地球任何地方至少同時可看到四顆衛星。

目前，在工程測量中，為了保證控制測量和施工放樣的精度，滿足工程質量要求，GPS定位技術被廣泛應用于工程施工測量中。GPS測量通過接收衛星發射的信號并進行數據處理，從而求定測量點的空間位置，它具有全球性、全天侯、連續性、實時性導航定位和定時功能，能提供精密的三維坐標、速度和時間，而且具有良好的抗干擾性和保密性。現已成功應用于工程測量、大地測量、地籍測量、物探測量、航空攝影測量及各種類型的變形監測等諸多領域。

(二)GPS的技術特點

GPS技術在實際的應用過程中具有這樣幾個方面的特點：①測量站之間不需要進行通視，簡化了測量操作程序。在傳統的測量工作中，需要各個測量站之間進行相互通視，而且難度較大，在使用GPS技術之后，測量站即使不通視也能夠完成位置的精確選擇，使得整個測量工作更加簡單;②定位系統精度較高。利用雙頻GPS接收機測量得到的精度與紅外儀測量精度相差無幾，但是紅外線測量儀在測量距離時精度較差，但雙頻GPS測量方式則不受影響，在小于50km的基線距離上，其定位精度能夠達到12×10-6m。

二、GPS技術在水利工程基礎測量中的實際應用

水利工程地基基礎測量是保證整個水利工程實施整體精度和質量的先決條件，為了提高地基測量的精度，需要使用GPS測量技術。在地基測量的過程中，首先要做好地基測量技術方案的選擇工作。考慮到水利工程所在地項目環境通常比較惡劣，使用傳統的地基地理測量技術不但難以實現，而且精度較差，價值實際的工程測量區域范圍較大，通常達到幾千平方米。因此，在實際的地理測量過程中，為了保證測量精度和測量效率，通過應用GPS測量技術能夠滿足高精度、長距離、大范圍的相關要求。在實際的測量過程中，通常根據GPS技術類型的差異而分為GPS-RTK技術和cors技術兩種。這兩種技術基本都能夠滿足測量需要，但是存在對應的優缺點差異。因此，在實際的測量過程中，需要根據測量施工的操作習慣、測量技術的測量特點等合理選擇測量方案。

三、GPS-RTK技術在渠道測量中的應用

(一)GPS-RTK技術在渠道測量中的優勢

渠道測量是水利工程測量的另一個重要內容，使用GPS-RTK技術能夠顯著提高渠道測量的精度和效率，有效轉變采取傳統測量方式存在的受通視條件局限的問題。并且能夠為測量提供高效的測量控制點及其三維坐標，且保證精度達到cm等級。在實際的渠道測量過程中，使用GPS靜態測量或者實時動態測量方式建立bm四等水準點沿渠道進行控制，并在各個水準點設置統一的平面坐標，通過這種方式完成渠道中樁、邊樁、渠道建筑物等相關要素的測量，從而完成渠道導線圖的設計，繪制得到精確的總平面圖。當前，大多數的勘察設計制圖是基于cad及相關平臺開發的制圖軟件，并結合全站儀或者水準儀得到的數據進行繪圖。在整個過程中，數據的轉換和輸入容易出現錯誤，使用GPS-RTK測量技術之后，能夠迅速直接利用cass等繪圖軟件繪制渠道的縱、橫斷面圖和導線圖等。

(二)GPS-RTK在渠道測量中的具體應用

1.渠道斷面的測量在確定渠道線路之后需要對渠道斷面進行測量。每次開始測量之前，需要設置基站，并對儀器進行校點，通常使用三角架，持續接收10min信號，從而保證測量高程的精度。每架設一次基站，在其30km范圍內可以設置任意流動站，且都以該基站作為基準，因此需要保證其設置基準。在測量斷面的過程中，當達到固定解之后就可以對中樁標定，然后根據渠道設計斷面的大小，然后再標定上、下邊樁。對邊樁精度進行確定時，對測量精度可以適當放寬，通常邊樁的高程限差為10cm即能達到要求。設置中樁時，每相隔20-50m需要設置1個中樁，并對應測量一個橫斷面，兩個中樁之間可以不通視。這有效的減少了傳統的標桿測量工作中需要2人保證標桿水平垂直而導致的精度較差問題，降低了人工測量的工作量。gps-rtk渠道斷面測量技術從測量原理方面提高了斷面測量的精度，而且整個作業過程方便靈活。所獲得的中樁坐標為三維坐標，能夠將之用于繪制準確的渠道導線圖。

2.RTK渠道建筑物的測量使用GPS-RTK測量方式能夠方便的增加測量交叉建筑物的控制樁，因為建筑物坐標高程與渠道線路的坐標高程系統一直，可以直接在現場就能夠確定渠道和渡槽、倒虹吸、隧洞的平面交角，并由此而快速準確的計算得到水頭損失，最終確定渠道中樁的高程，有效提高渠道外業測量的工作精度和效率。當需要確定隧洞與明渠方案選擇時，可以使用rtk技術對測量渠道長度和隧洞長度進行快速測量，并結合當地實際地質情況，方便的進行方案優選。

四、GPS技術在水利工程滑坡體測量中的應用

水利工程滑坡體的測量一直是水利工程測量的難點，傳統的測量方法存在著諸多的問題：①測量速度慢，整個測量過程需要花費較長時間，而且獲得的測量結果存在不同步、不及時的問題;②易受氣候影響，測量過程中難以按照時間及規劃進行測量;③測量工作難度較大。

(一)測量內容以及控制網的布設

滑坡體的測量內容主要是對滑坡體和地表水位移、被測范圍內建筑的沉降等進行觀測，獲得地表的垂直位移等數據。在沉降測量的過程中，可以首先使用水準測量儀器進行觀測。并根據布網需要，結合滑坡區域的實地條件，使用合適的控制網布網方式。在獲得對應的觀測數據之后，每一次數據都必須使用自由網進行平差處理，并對其與基準點進行實時位移比較，觀測其是否處于測量精度范圍內。每一期獲得的計算結果都必須滿足點位誤差設計精度需要，從而獲得準確的滑坡體及地表諸多GPS測量點的實際位移數據。

(二)GPS測量方案

水利工程滑坡體測量過程中容易因為土體的滑動和坍塌，而導致部分測量點位置出現破壞。因此，在使用GPS技術進行測量時，可以使用雙基點測量法，即在左壩頭的滑坡體測量時，使用同一個工作基點來進行觀測對滑坡體進行綜合分析與數據處理。通過雙基點測量方案，能夠得到可靠的測量數據。

(三)GPS測量數據處理

在獲得測量數據之后，必須利用專業的GPS數據軟件對基線進行計算，為了保證數據處理負荷要求，要做好如下幾點：①推薦在wgs-84系統中進行計算，對不合格的基線進行優化，使得同步環、異步環合格之后使用標準模型進行計算;②計算的過程中要借助使用廣播星歷進行實時數據處理;③同時段內測量得到的數據中，其剔除率應該控制在10%以內。