淺析GPS技術(shù)在水利水電工程測繪中的應(yīng)用

(遼寧省撫順市水利建筑工程處，遼寧 撫順 113008)

水利水電項(xiàng)目工程屬于民生工程，工程項(xiàng)目的投資與實(shí)施對促進(jìn)水土保持工作開展及能源開發(fā)與利用具有重要意義[1]?？梢哉f，水電項(xiàng)目實(shí)施關(guān)系國家建設(shè)及民生，工程項(xiàng)目實(shí)施應(yīng)強(qiáng)化設(shè)計(jì)及控制好施工質(zhì)量[2]。做好測繪工作是項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工建設(shè)的前提與保證。GPS測繪技術(shù)近些年研究的重點(diǎn)，并在工程測繪領(lǐng)域取得了較大突破。本文結(jié)合現(xiàn)有測繪技術(shù)，對GPS測繪相關(guān)問題進(jìn)行了說明與分析。

1 GPS測繪技術(shù)及其說明

GPS測繪主要是利用GPS定位原理，以GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)天線之間距離(或距離差)的觀測量為基礎(chǔ)，并根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，來確定用戶接收機(jī)天線所對應(yīng)的點(diǎn)位，即觀測站的位置。綜合來講，其主要有三部分組成，空間部分、地面監(jiān)控部分及用戶設(shè)備組成；具體來講，空間部分主要指衛(wèi)星，地面監(jiān)測部分則主要指監(jiān)測站、主控站等，實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星的監(jiān)測及獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)。用戶部分主要是GPS接收機(jī)，通過對衛(wèi)星信號處理轉(zhuǎn)變?yōu)榛€向量及坐標(biāo)，為用戶提供基準(zhǔn)數(shù)據(jù)?；谝陨戏治觯珿PS定位原理為利用衛(wèi)星不間斷發(fā)送衛(wèi)星信息及相關(guān)參數(shù)被地面接收設(shè)備接收機(jī)實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的一種技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)情況下進(jìn)行測試，測試精度高及應(yīng)用范圍廣，在現(xiàn)代測繪中具有極大應(yīng)用價(jià)值[3]。

關(guān)于GPS測繪技術(shù)，其應(yīng)用優(yōu)勢主要集中于測繪時(shí)間短、測試精度高、操作方便及受氣候影響小、可實(shí)現(xiàn)全天候測試等優(yōu)點(diǎn)。具體來講，(1)測繪時(shí)間短，即與傳統(tǒng)測試方法相比較，GPS測試流程較為簡單，測試過程所需人員配合少，可實(shí)現(xiàn)快速測試的目的；(2)由于GPS技術(shù)測試精度可以精確到毫米級別，實(shí)現(xiàn)了精確測量的目的。(3)GPS技術(shù)測試過程簡單，減少了人員配合，提高了測試效率，且在不同功天氣條件與地理環(huán)境下均可實(shí)現(xiàn)測量，增加了測繪范圍及精度。對于以上分析，相對于傳統(tǒng)測繪技術(shù)，GPS技術(shù)具有極大的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)測繪技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)及逾越的功能，在工程領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用前景。

2 GPS在水利測繪中的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題分析

2.1 GPS在水利測繪中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

3S技術(shù)是近些年科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要產(chǎn)物，GPS技術(shù)作為3S技術(shù)的突出代表在各領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛。以GPS在水利水電項(xiàng)目工程測繪領(lǐng)域來講，雖然該技術(shù)突破了傳統(tǒng)測繪技術(shù)所無法規(guī)避的確定，測試精度也取得了較大提高，但還存在一些問題，具體如下：(1)測量誤差仍然存在，如GPS技術(shù)測量精度雖然得以極大的提高，但由于受到人為操作因素及疏忽，可能導(dǎo)致誤差產(chǎn)生，影響項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工；(2)GPS技術(shù)應(yīng)用力度不足，如現(xiàn)有測量技術(shù)已取得了較大進(jìn)步，電子全站儀、電子水準(zhǔn)儀等設(shè)備精度已顯著提高，基本可達(dá)到測繪要求，限制了GPS技術(shù)的使用，且采購GPS測繪儀價(jià)格較高，且需要專業(yè)人員操作，影響其普遍使用。(3)技術(shù)人員水平低，缺乏專業(yè)人才也是主要問題，部分人員在測繪中由于操作不熟練等，測試所的數(shù)據(jù)精度低，對使用造成影響。

2.2 GPS在水利測繪中主要問題分析

(1)基于GPS測繪技術(shù)原理，其測試主要是依托衛(wèi)星與接收機(jī)之間距離的準(zhǔn)確計(jì)算，即距離=速度*時(shí)間；由于大氣的影響，電磁波在空氣中的傳播速度受損，必然造成測繪誤差。尤其對于大城市、密林及磁場強(qiáng)的地域，誤差則顯著存在。(2)使用GPS技術(shù)，基準(zhǔn)點(diǎn)的聯(lián)測至關(guān)重要，因此，布點(diǎn)時(shí)需要結(jié)合常規(guī)測量設(shè)備進(jìn)行，以保證測試的精度及有效性。(3)GPS技術(shù)更加適合于視野開闊及障礙物少的地方，如對于部分GPS信號弱的區(qū)域，信號常處于浮動(dòng)狀態(tài)，測試數(shù)據(jù)常存在較大誤差，優(yōu)越性無法體現(xiàn)。(4)GPS技術(shù)測繪需對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要修正，如進(jìn)行平差計(jì)算，可能會造成一定的差異。此外，GPS技術(shù)運(yùn)用的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范不同于，電子地圖等不完善且兼容性差，影響其使用。

3 GPS技術(shù)在水利水電工程測繪中的具體應(yīng)用及改進(jìn)措施分析

3.1 GPS技術(shù)在水利水電工程測繪中的具體應(yīng)用分析

綜合來講，GPS技術(shù)在水利水電工程測繪中的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面：

1)水利工程屬于特殊工程，工程測量貫穿于項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、竣工驗(yàn)收及運(yùn)行監(jiān)控，以上過程均需要精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)作為依據(jù)，以便決策。傳統(tǒng)測繪技術(shù)，在一些特殊地位，如丘陵，山谷等，測試過程復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測量，且操作多為人工操作模式，效率低，不能及時(shí)提供數(shù)據(jù)。尤其對于壩體超水位蓄洪期間的變形監(jiān)測時(shí)，傳統(tǒng)測量技術(shù)應(yīng)用則受到限制。但采用GPS技術(shù)，即可完成以上問題，且高效率、高精度，并可以實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控，具有極大的應(yīng)用價(jià)值。

2)變形監(jiān)測一直是水利水電項(xiàng)目關(guān)注的問題，也是傳統(tǒng)測量技術(shù)難以解決的難題。全球由于大壩變形監(jiān)測不到位而引起壩體潰決而造成的洪澇傷亡事故不勝枚舉，且損失巨大。造成監(jiān)測不到位的主要原因在于傳統(tǒng)測繪技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)性監(jiān)測及精度低，數(shù)據(jù)收集不及時(shí)所致。而GPS測繪技術(shù)通過在指定區(qū)域布點(diǎn)，能夠自動(dòng)連續(xù)實(shí)現(xiàn)對壩體變形數(shù)據(jù)的監(jiān)測；并結(jié)合現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析軟件對測繪數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以便相關(guān)管理人員及時(shí)實(shí)施預(yù)防措施，以避免壩體潰決的洪澇事故。

3)水利工程運(yùn)行過程中的地形地貌等環(huán)境監(jiān)測也是重要內(nèi)容。水利工程的實(shí)施必然導(dǎo)致原有地形、地貌發(fā)生一定變化，實(shí)施監(jiān)測及掌握其影響規(guī)律對實(shí)施決策提供重要依據(jù)。而如1963年發(fā)生于意大利的大壩由于庫岸滑坡而引起涌浪翻壩事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，實(shí)時(shí)對庫區(qū)周邊環(huán)境及地理情況進(jìn)行檢測，時(shí)刻關(guān)注水下地形變形尤為重要，必要時(shí)請與及泄洪，以保證庫容及航道通暢。傳統(tǒng)技術(shù)主要缺陷在于無法實(shí)現(xiàn)對水下地形的監(jiān)測，造成水庫運(yùn)行的盲區(qū)，而GPS RTK測繪技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對水下地形的測量，且精度高，實(shí)現(xiàn)了對水下環(huán)境的監(jiān)控，有利于相關(guān)措施的實(shí)施。

3.2 關(guān)于GPS技術(shù)在水利水電工程測繪中應(yīng)用要點(diǎn)討論

結(jié)合現(xiàn)有實(shí)際情況，GPS技術(shù)在水利水電項(xiàng)目測繪中已做好以下幾點(diǎn)，以保證其測繪精度及數(shù)據(jù)有效性。

1)根據(jù)項(xiàng)目特征，合理確定監(jiān)測內(nèi)容及要點(diǎn)。如對于以防洪為主的水庫，GPS測繪點(diǎn)布置與設(shè)計(jì)中應(yīng)以防汛調(diào)度功能放于首要位置，以確保水庫運(yùn)行主要功能的完善。而對于綜合性水庫建設(shè)，蓄水能力、排水能力、壩體位移及水下環(huán)境等應(yīng)作為監(jiān)測的重點(diǎn)。對于以上分析，測繪點(diǎn)的布置應(yīng)合理，以實(shí)現(xiàn)控制成本，增加效益的目的。

2)GPS遙測站的布局也應(yīng)作為重點(diǎn)考慮，如實(shí)現(xiàn)考慮雨量站、流量站及水位站的分布情況，一般情況下，選址應(yīng)符合以下要求：(1)考慮當(dāng)?shù)厮沫h(huán)境及惡劣天氣要求，能實(shí)現(xiàn)及時(shí)預(yù)報(bào)監(jiān)測。(2)遙測站應(yīng)具備一定擴(kuò)展性，即在承擔(dān)日常測繪功能的前提下還應(yīng)增加其功能，如如實(shí)現(xiàn)對當(dāng)期雨量、氣象等監(jiān)測。(3)部分區(qū)域應(yīng)考慮其特殊性，如增加遙測站及增加測繪網(wǎng)密度，以提高測繪精度及可靠性，實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。

3)加強(qiáng)其他技術(shù)的配合使用；GPS測繪技術(shù)存在一定的局限性，在部分薄弱區(qū)域，應(yīng)采取與傳統(tǒng)測繪技術(shù)相結(jié)合的方式，以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)及校準(zhǔn)，縮減測繪誤差。其二，合理使用GPS系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)繪圖軟件及成像功能，以便觀測者能夠更加直觀的了解當(dāng)?shù)厮沫h(huán)境。

4 GPS技術(shù)在水利水電項(xiàng)目測繪中的應(yīng)用與創(chuàng)新

結(jié)合以上分析討論，GPS技術(shù)在水利工程項(xiàng)目前期測繪中，首先因根據(jù)實(shí)際需求，確定項(xiàng)目的任務(wù)和規(guī)模；即首先根據(jù)水庫的實(shí)際情況及水庫規(guī)模，確定工作量，監(jiān)測配置的數(shù)量以及遙控遙感工作分布點(diǎn)。其次，在充分考慮雨量站的同時(shí)，合理布局 GPS 遙測站，且應(yīng)考慮遙測站的選址及擴(kuò)展性問題，并在特殊河流流域采取特定措施，提高了 GPS 測繪站的精度以及可靠度。同時(shí)，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際狀況確定遙測站設(shè)備的數(shù)量及配置是主要工作?；A(chǔ)工作完成后應(yīng)充分將 GPS 技術(shù)和傳統(tǒng)的物理測量技術(shù)相互結(jié)合，利用 GPS 技術(shù)對不同水文信息進(jìn)行全面測量，以保證水電項(xiàng)目前期觀測及滿足要求。同時(shí)，在后期對水利工程實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測時(shí)，應(yīng)合理運(yùn)用 GPS 系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)繪圖功能和虛擬成像技術(shù)，對當(dāng)?shù)氐鼐€及水文資料進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量，以便直觀地了解當(dāng)?shù)氐乃那闆r，為決策提供依據(jù)。

5 結(jié)語

綜上所述，水利水電項(xiàng)目工程實(shí)施對國家建設(shè)及人民生活具有重要影響。加大投資建設(shè)力度及保障質(zhì)量應(yīng)作為重點(diǎn)考慮。筆者結(jié)合實(shí)際情況，對GPS技術(shù)的測繪原理及其情況進(jìn)行了說明，分析了GPS測繪技術(shù)在現(xiàn)有水利工程項(xiàng)目中的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了存在問題及應(yīng)對措施，并對GPS技術(shù)在水利水電工程測繪中的具體應(yīng)用情況進(jìn)行了探討，以便為該技術(shù)更好的應(yīng)用提供依據(jù)。

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