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      GPS技術(shù)在水利測量工程中的應(yīng)用及精度分析

      2016-07-12 09:02:35于海明
      大科技 2016年17期
      關(guān)鍵詞:外業(yè)高程水利

      于海明

      (威海市文登區(qū)水利局 264400)

      GPS技術(shù)在水利測量工程中的應(yīng)用及精度分析

      于海明

      (威海市文登區(qū)水利局 264400)

      GPS具有高精度、全天候、操作簡便等特點,能有效提高水利測量工程的精度和效率。本文對GPS在水利測量工程中應(yīng)用進行分析,分析了GPS用于水利工程外業(yè)測量、控制網(wǎng)的建立、高程系統(tǒng)測量、變形監(jiān)測方面的優(yōu)勢,以及水利工程測量的作業(yè)環(huán)境影響、作業(yè)范圍影響對GPS精度的影響,并提出了提高精度的方法。

      GPS;水利測量;精度

      引言

      隨著我國水利工程項目的不斷建設(shè),對于水利測量工程如何能夠在短時間內(nèi)準確高效的完成測量任務(wù),是工程測量面臨的重要問題。其中,GPS技術(shù)能夠在有效保證工程測量精度,同時又提高工程測量的效率[1]。

      1 GPS原理簡介

      GPS為全球定位系統(tǒng)的簡稱,由衛(wèi)星系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)及用戶三部分組成,GPS通過衛(wèi)星系統(tǒng)不斷地發(fā)送導(dǎo)航定位信號,信號中含有衛(wèi)星的位置信號;GPS的地面控制系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星定位信號,計算衛(wèi)星的參數(shù)等;用戶設(shè)備通過對數(shù)據(jù)進行采集,根據(jù)相應(yīng)的參數(shù),通過捕獲到按一定衛(wèi)星高度截比角所選擇的待測衛(wèi)星的信號,應(yīng)用無線電測距交會的原理,再通過計算機和相應(yīng)軟件的計算,得出GPS接收機設(shè)備(測站點)的三維坐標[2~3]。

      GPS具有高精度、全天候、操作簡便等特點,將GPS運用于水利工程測量中擁有明顯的優(yōu)勢,具有以下積極作用:①提高工程測量定位精準度。目前,在50km定位當中,GPS定位可以精確到10mm,在100~500km定位當中,GPS定位可精確至100mm,在地形復(fù)雜的區(qū)域,GPS還可以測量出較為準確的結(jié)果;②縮短工程測量操作時間。GPS運用于水利工程測量,測量速度快,每次得出數(shù)據(jù)的時間僅為幾秒鐘;③提高測量站點的效率。在傳統(tǒng)的測量技術(shù)中,往往由于測量站點之間距離較大,測量起來不方便。

      2 GPS技術(shù)在水利測量工程中的應(yīng)用

      2.1 水利工程外業(yè)測量

      在水利工程測量當中,水利工程的測量需要將測繪方面的高級控制點和相關(guān)的基礎(chǔ)資料通過外業(yè)大地測量獲得,再將數(shù)據(jù)與GPS技術(shù)的測量數(shù)據(jù)統(tǒng)一起來,因此,外業(yè)測量工程中是比較重要的,也是比較困難的。但應(yīng)用GPS技術(shù)后,可首先完成誰確選點工作,確定導(dǎo)航基站的具體位置。選點工作中,最重要的是無線的安置,在無線安置過程中,首先通過應(yīng)用GPS進行正常點安置,將天線安置于固定平臺上,保證天線基座氣泡平整。

      2.2 控制網(wǎng)的建設(shè)

      通過GPS建設(shè)控制網(wǎng),可以有效的減少誤差,保證測量的圖形和施工具有較高的精度。在控制網(wǎng)建設(shè)中,基本的圖形主要包括邊連式布網(wǎng)和點連式布網(wǎng)兩種,邊連式布網(wǎng)可以進行導(dǎo)航基站設(shè)立,將測控點確定在三角形核心位置;點連式布網(wǎng),可對于河道附近等復(fù)雜地形進行基站設(shè)立,最終形成測控系統(tǒng)。其中,三角形網(wǎng)的分布比較均勻,有著良好的結(jié)構(gòu)條件,且穩(wěn)定性較高有很強的自檢能力,在遇到很多測量缺陷或者測量錯誤時能夠及時發(fā)現(xiàn)并加以改正,從而使控制網(wǎng)具有更高的可靠性和可行性。

      2.3 高程系統(tǒng)測量

      在水利工程高程測量當中,高程系統(tǒng)測量屬于水利測量工程的重點,高程控制對于水利工程水位線的測量擁有決定性作用,同時還對工程量的計算有著控制作用。應(yīng)用GPS系統(tǒng)可以解決高程數(shù)據(jù)精確性問題,就算在高山河谷等地形環(huán)境惡劣的地區(qū),也可以應(yīng)用GPS系統(tǒng)也可以及時掌握水準測量信息,通過水準數(shù)學模型的有效建立得出高程異常具體差距。

      2.4 水利工程的變形監(jiān)測

      變形監(jiān)測就是利用專用的儀器和方法對變形體的變形現(xiàn)象進行持續(xù)觀測、對變形體變形形態(tài)進行分析和變形體變形的發(fā)展態(tài)勢進行預(yù)測等的各項工作。對水利工程建筑物主要觀測水平位移、垂直位移、滲透及裂縫觀測。一般情況下,對于變形監(jiān)測的精度有很高的要求,且精度要在毫米以內(nèi)。在測量方法中比較常用的是水準測量法,用來測量建筑物沉降情況,測量工具是水準儀和測距儀以及全站儀,但這種方法有很好的適應(yīng)性,但工作量較多,測量時間長,受地形條件影響較大。利用GPS進行變形監(jiān)測,可將接收機安裝到固定點上,然后進行數(shù)據(jù)采集和處理,然后在進行變形分析自動化,其得出的效果非常好,有很高的精度。

      3 影響GPS在水利工程測量精度的分析及對策

      3.1 作業(yè)環(huán)境影響

      作業(yè)環(huán)境的影響。GPS通過接收衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號,如果衛(wèi)星與GPS接收機之間存在障礙物,會影響信號的傳輸,降低測量精度。例如在室內(nèi)、隧道內(nèi)、水下都會因信號的完全屏蔽無法進行GPS測量。而對于林區(qū)或者建筑物等障礙物,傳輸信號雖被減弱,但仍可以進行GPS測量,從實際應(yīng)用的檢測結(jié)果得出,在無林區(qū)測量10km距離時誤差為1cm,在林區(qū)(樹間距為1m左右)測量時誤差可達到5cm。由此可見,作業(yè)環(huán)境對于GPS的精度影響較大。

      為了提高GPS技術(shù)的測量準確度,可通過減少信號損失,或提高信號的強度來實現(xiàn)。對此,可以通過以下幾種方法來進行:①在條件允許情況下,減少GPS接收機10°截比高度角以上空間的障礙物,這樣可以提高接收機的接收范圍;②增加GPS接收機的高度,提高有效衛(wèi)星的個數(shù),如果有效衛(wèi)星能夠達到5顆以上,樹間距為lm的林區(qū)障礙物將不會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響;③距離強電磁環(huán)境(如雷達、電話等)大于200m,在總輻射功率小于60dbm情況下,GPS系統(tǒng)不會受外界電磁場的干擾,可保證測量精度。

      3.2 作業(yè)范圍的影響

      GPS的測量精度與其測量的有效距離關(guān)系較為密切。測量有效距離的影響,根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)計算可知,測量精度隨著超出測量有效距離的增加而降低。對于在衛(wèi)星超過5顆、天氣晴朗、電磁條件好的條件下,測量距離每增加1km,其精度下降約為5cm。當測量范圍超出5km時,測量精度下降變化無規(guī)律,當測量精度下降達30cm,則GPS的測量數(shù)據(jù)沒有了應(yīng)用價值。在使用GPS過程中中盡可能的保證在有效范圍內(nèi)進行測量。

      4 結(jié)語

      GPS技術(shù)應(yīng)用于水利測量工程,能夠極大的提高測量數(shù)據(jù)的準確性和效率,對于我國水利工程的建設(shè)發(fā)展具有重要意義。本文通過對GPS在水利測量工程中應(yīng)用的分析,通過水利工程外業(yè)測量、控制網(wǎng)的建立、高程系統(tǒng)測量、變形監(jiān)測等分析GPS測量的優(yōu)勢。通過分析GPS測量受到作業(yè)環(huán)境影響、作業(yè)范圍影響,并提出了提高精度的方法,為GPS技術(shù)應(yīng)用及精度提高提供了理論基礎(chǔ)。

      [1]信 昕.GPS技術(shù)在水利工程測量中的運用[J].技術(shù)與市場,2015,22(3):73.

      [2]金瑩,蔣桂美,張莉莉.探析全球定位系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2015(15).

      [3]劉天雄.GPS全球定位系統(tǒng)由幾部分組成?[J].衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò),2012(4):56~62.

      P228.4

      A

      1004-7344(2016)17-0101-01

      2016-5-19

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