GPS測(cè)量結(jié)合三角高程用于水利水電工程測(cè)量的實(shí)驗(yàn)研究

摘 要：在我國(guó)國(guó)民的經(jīng)濟(jì)建設(shè)當(dāng)中，水利水電工程屬于一項(xiàng)和國(guó)民生產(chǎn)生活密切相關(guān)的工程。在水利水電工程測(cè)量中，有控制測(cè)量、地形測(cè)量、施工測(cè)量、水下測(cè)量、竣工測(cè)量和變形監(jiān)測(cè)等幾部分內(nèi)容，大量采用新儀器、新方法，對(duì)線路測(cè)量、地籍與界線測(cè)量、施工測(cè)量、計(jì)量測(cè)量等方面內(nèi)容進(jìn)行了涵蓋。文章首先對(duì)水利水電工程常用的測(cè)量方式進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概述；而后對(duì)GPS高程測(cè)量技術(shù)的系統(tǒng)和方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析；最后對(duì)GPS高程測(cè)量結(jié)合三角高程技術(shù)在水利水電工程當(dāng)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的論述。

關(guān)鍵詞：GPS測(cè)量；三角高程；水利水電工程測(cè)量

我國(guó)的水利水電工程，大多建設(shè)在山高坡陡、河谷切割較深、交通不便、國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)稀少的地方，在這種條件的限制下，在工程方面的高程測(cè)就會(huì)變得相當(dāng)困難，但是對(duì)于水利水電工程的測(cè)量要求是相當(dāng)嚴(yán)格的?，F(xiàn)階段，高程測(cè)量主要采用常規(guī)的幾何水準(zhǔn)和光電測(cè)距三角高程測(cè)量方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量，但是比較費(fèi)工、費(fèi)時(shí)以及費(fèi)力。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，GPS測(cè)量集合三角高程測(cè)量方法可以很好的替代傳統(tǒng)的地面平面控制測(cè)量。

1 水利水電工程常用的測(cè)量方法

1.1 控制測(cè)量技術(shù)

現(xiàn)階段我國(guó)的控制測(cè)量技術(shù)已經(jīng)在傳統(tǒng)控制測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上向現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)進(jìn)行過(guò)渡，也就是以GPS等空間定位技術(shù)為主、傳統(tǒng)測(cè)繪方法為輔，利用三維左邊來(lái)對(duì)空間點(diǎn)位進(jìn)行快速高效、高精度確定。在水利水電工程控制測(cè)量中按水利水電工程階段和服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行劃分，可以分為測(cè)圖控制網(wǎng)和專(zhuān)用控制網(wǎng)兩種類(lèi)型，包含平面控制和高程控制兩方面測(cè)量技術(shù)。

1.2 數(shù)字地形測(cè)繪技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多現(xiàn)代的數(shù)字測(cè)繪方法被廣泛應(yīng)用到測(cè)繪工作當(dāng)中，現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)版權(quán)的優(yōu)秀數(shù)字成圖軟件，可以采用三維測(cè)繪技術(shù)，在滿(mǎn)足地形圖和專(zhuān)業(yè)圖測(cè)繪成圖的同時(shí)，還可對(duì)GIS的前端數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與更新。現(xiàn)代數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)作業(yè)模式采用的方式有電子平板模式、數(shù)字測(cè)記模式和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量模式。

1.3 變形監(jiān)測(cè)法

變形監(jiān)測(cè)又可以稱(chēng)之為變形測(cè)量或變形觀測(cè)，即為對(duì)被監(jiān)測(cè)對(duì)象或物體進(jìn)行測(cè)量，從而對(duì)其空間位置及內(nèi)部形態(tài)的變化特征進(jìn)行相關(guān)確定。變形監(jiān)測(cè)按其變形監(jiān)測(cè)部位分為外部變形監(jiān)測(cè)和內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)兩部分。外部變形監(jiān)測(cè)可以按變形方向?qū)λ轿灰票O(jiān)測(cè)和垂直位移進(jìn)行相關(guān)監(jiān)測(cè)。在外部變形監(jiān)測(cè)包括變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量、工作基點(diǎn)測(cè)量、變形體變形監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)資料分析等相關(guān)內(nèi)容。

1.4 水下地形測(cè)量技術(shù)

現(xiàn)代的水下地形測(cè)量技術(shù)當(dāng)中，應(yīng)用比較廣泛的有DGPS、GPS RTK 及 CORS系統(tǒng)配合多波束測(cè)深儀。DGPS是以某已知點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)的GPS接收機(jī)連續(xù)接收衛(wèi)星信號(hào)的時(shí)候，就可以和已知點(diǎn)的位置進(jìn)行比較，從而將修正過(guò)的信號(hào)及時(shí)返回給用戶(hù)接收機(jī)[1]。

2 GPS高程測(cè)量技術(shù)

GPS高程擬合法，即為在范圍不大的區(qū)域中，在區(qū)域之內(nèi)的高程異常具有一定的幾何相關(guān)性原理的基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)的方法，對(duì)正高、正常高或高程異常進(jìn)行求解。在實(shí)際的測(cè)量工作中，一般采用在水準(zhǔn)點(diǎn)上進(jìn)行GPS點(diǎn)的布設(shè)或?qū)PS點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)的方法來(lái)獲得更好的擬合結(jié)，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中布設(shè)的已知點(diǎn)在數(shù)量多的同時(shí)，還要保持分布均勻，這樣就可以將整個(gè)GPS網(wǎng)包圍起來(lái)。GPS高程測(cè)量的精度主要跟大地高和高程異常的精度是有著字節(jié)的關(guān)系的，GPS測(cè)定的大地高的精度可以達(dá)到2～3ppm。如果高程測(cè)量出現(xiàn)誤差的情況，一般情況是由水準(zhǔn)測(cè)量誤差和擬合誤差兩部分因素形成的。水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)的精度在一般情況下是容易保證的，因此擬合精度就對(duì)高程測(cè)量的誤差有著極大的影響，和水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)的點(diǎn)位分布、密度以及擬合的模型等有關(guān)[2]。

3 GPS高程測(cè)量結(jié)合三角高程技術(shù)的具體應(yīng)用

在某工程當(dāng)中，該工程位于高山峽谷之中，每年的夏季暴雨時(shí)節(jié)，就會(huì)產(chǎn)生水位猛漲的現(xiàn)象，給當(dāng)?shù)匕傩蘸娃r(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成很大經(jīng)濟(jì)損失。在對(duì)該工程進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，需要對(duì)包括建立庫(kù)區(qū)和壩址進(jìn)行控制測(cè)量，對(duì)1∶2000的庫(kù)區(qū)地形圖進(jìn)行有效測(cè)量，對(duì)1∶500的壩址地形圖以及水文斷面進(jìn)行測(cè)量。

在該工程當(dāng)中，設(shè)有6個(gè)GPS控制點(diǎn)，選擇HN03和HN08兩個(gè)點(diǎn)作為本次GPS控制網(wǎng)的起算點(diǎn)。這兩點(diǎn)都位于河的左岸，分別位于老江底水壩的下游和上游，且能相互通視。

為了控制縱橫方向的誤差，在進(jìn)行觀測(cè)的時(shí)候除了要按照網(wǎng)形開(kāi)始從起始邊逐漸以邊連式方式向外推進(jìn)的同時(shí)，還要對(duì)每隔一對(duì)GPS點(diǎn)進(jìn)行一個(gè)時(shí)段的觀測(cè)。該工程的控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)表1中可以對(duì)GPS網(wǎng)形的總體可靠性和重復(fù)基線數(shù)的占獨(dú)立基線數(shù)的比例進(jìn)行計(jì)算。在對(duì)控制網(wǎng)按照設(shè)計(jì)的路線和時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)的時(shí)候，觀測(cè)的主要技術(shù)要求如下表2。

表2 控制網(wǎng)觀測(cè)的主要技術(shù)要求

通過(guò)全站儀三角高程測(cè)量的外業(yè)觀測(cè)嚴(yán)格規(guī)范進(jìn)行測(cè)量，分別對(duì)左右兩條線路進(jìn)行測(cè)量，觀察的最大值和最小值如表3所示。

表3 對(duì)向觀測(cè)高差較差

根據(jù)《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》的規(guī)定，每千米高差中數(shù)中誤差應(yīng)小于±10mm。從上面的表格中可以看出該工程當(dāng)中的三角高程測(cè)量已經(jīng)達(dá)到了四等水準(zhǔn)的精度。在對(duì)其他GPS點(diǎn)的高程在GPS控制網(wǎng)平差計(jì)算時(shí)，只要在軟件當(dāng)中輸入其他控制點(diǎn)的高程，在結(jié)合當(dāng)?shù)馗恼那闆r下對(duì)其他各點(diǎn)的高程進(jìn)行擬合即可。在經(jīng)過(guò)很多實(shí)驗(yàn)計(jì)算之后，如果高程控制點(diǎn)在控制網(wǎng)中可以進(jìn)行恰當(dāng)?shù)姆植?，就可以最大限度的保證高程的擬合精度。

從上述工程中可以看出，通過(guò)GPS靜態(tài)測(cè)量方式來(lái)進(jìn)行建立山區(qū)水利工程控制網(wǎng)屬于一種高效可行的方法。在進(jìn)行工程建設(shè)的過(guò)程中，要充分保證控制網(wǎng)的可靠性和提高網(wǎng)點(diǎn)的精度，就必須對(duì)選點(diǎn)布網(wǎng)按照要求規(guī)范來(lái)進(jìn)行觀測(cè)，與此同時(shí)對(duì)于多余觀測(cè)和重復(fù)基線數(shù)量應(yīng)滿(mǎn)足30%和10%的要求[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的測(cè)繪新技術(shù)發(fā)展和測(cè)繪新設(shè)備應(yīng)用也在不斷地發(fā)展著，水利水電工程測(cè)量技術(shù)得到了日新月異的發(fā)展。因此，在今后的水利水電工程測(cè)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和方向當(dāng)中，將會(huì)實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)采集和處理的自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化、數(shù)字化，并且可以對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化的管理；與此同時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)傳播與應(yīng)用也會(huì)逐漸變得網(wǎng)絡(luò)化、多樣化、社會(huì)化。

參考文獻(xiàn)

[1]熊群，汪細(xì)剛.水利水電工程測(cè)量技術(shù)的研究[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，12：86.

[2]李冬韓.GPS測(cè)量在水利水電工程測(cè)量中的應(yīng)用探析[J].河南水利與南水北調(diào)，2015，2：37-38.

[3]覃鋒，羅天文.水利工程GPS控制網(wǎng)和三角高程測(cè)量的布設(shè)及精度實(shí)例分析[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2014，10：142-145.

作者簡(jiǎn)介：柴家恒（1978-），男，漢族，大專(zhuān)，云南省宣威市人，工程師，主要從事水利水電工程測(cè)量工作。