GPS技術(shù)在水利工程地質(zhì)測繪中的應(yīng)用

宋波

摘 要：GPS，即全球定位系統(tǒng)。應(yīng)用于水利水電工程地質(zhì)勘察測量及定位控制，傳統(tǒng)方法進(jìn)行勘測，跨河、跨溝水準(zhǔn)難以傳遞，GPS則可以在高程控制方面較好地解決這個問題。另外，有時，勘察區(qū)控制點較少，或在山區(qū)、林區(qū)等進(jìn)行勘時，通視條件較差導(dǎo)致觀測條件受限，運用GPS則可解決這些困難，提高測量精度，還可以大大減少作業(yè)時間。由于水利建設(shè)的特殊性，信息技術(shù)在水利工程地質(zhì)測繪中一直應(yīng)用較為廣泛。本文就以GPS新技術(shù)在水利工程地質(zhì)測繪中的應(yīng)用為例對計算機(jī)軟件在水利工程中的應(yīng)用作了淺論。

關(guān)鍵詞：水利工程；地質(zhì)測繪；GPS；新技術(shù)

1 前言

社會的進(jìn)步使水利工程發(fā)展迅速，并且在當(dāng)今的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著重要的地位。GPS 測繪技術(shù)使水利工程的設(shè)計、規(guī)劃、測量、施工等更趨于科學(xué)化，可以全方位地進(jìn)行水利工程的運行與管理。論文探討了 GPS 技術(shù)在水利工程地質(zhì)測繪中的主要運用。GPS 測繪技術(shù)具有廣泛的發(fā)展前景，將會隨著各個工程的需要，在功能等方面不斷完善與發(fā)展。

2 GPS 技術(shù)的概述

GPS 技術(shù)是應(yīng)用美國的衛(wèi)星定位技術(shù)。它具有很高的精度自動化程度相當(dāng)高。其起源于美國海陸空三軍方為了軍事斗爭而研制的定位系統(tǒng)。當(dāng)時的主要目的是為了在海上、天空及陸地上提供全天候和全球性的服務(wù)。軍隊之間還可以進(jìn)行實時通訊，相互交換情報。其基本原理是通過測量被測物體所帶的接收機(jī)與定位衛(wèi)星距離，從而確定被測物體的經(jīng)緯度。其具有速度快，精度高的優(yōu)點。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，GPS 也逐漸在民用方面推廣，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在交通導(dǎo)航及海上導(dǎo)航方面。近幾年來，在地質(zhì)測繪也開始廣泛應(yīng)用。GPS 系統(tǒng)主要由三大部分組成，包括空間部分、地面控制系統(tǒng)及用戶設(shè)備部分?？臻g部分主要由21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成[1]。均勻分布在6個軌道面上。用戶無論全球各地都能搜索到4個以上的衛(wèi)星。地面控制系統(tǒng)有主控站、監(jiān)測站和地面天線三部分組成。主要負(fù)責(zé)收集衛(wèi)星數(shù)據(jù)，監(jiān)測衛(wèi)星實時狀況。用戶設(shè)備部分實際上就是信號接收機(jī)，用于獲取當(dāng)前用戶的位置。GPS 技術(shù)可以很好地應(yīng)用在水利水電工程的地質(zhì)測量及定位控制中。傳統(tǒng)的測量在遇到復(fù)雜的地形時，其精度顯著下降，而 GPS 可以完美地解決這個問題[2]。此外在惡劣的環(huán)境下，比如人煙稀少的地方，這樣的地方不便于人工勘測。使用 GPS 技術(shù)可以將問題迎刃而解，這樣便可以減少人工成本，而且可以提高測量精度。

3 GPS 測繪技術(shù)的優(yōu)勢

在水利工程建設(shè)中，GPS 測繪技術(shù)具有多方面的優(yōu)勢。例如，GPS 運用的是載波相位差分技術(shù)，定位精準(zhǔn)度極高，普通探測儀只可精確到 5cm，而 GPS 定位甚至可以細(xì)微到 1cm。而且 GPS 測繪過程不必維持觀測間距，操作簡單，只需將其與開機(jī)電腦相連即可使用。GPS 測繪對天氣沒有特別的要求，任何惡劣天氣都可順利工作，大大提高了測量與工程作業(yè)的進(jìn)度。在繪圖方面，GPS 配置了高自動化的繪圖功能，可自行處理數(shù)據(jù)進(jìn)行成圖計算。GPS 測繪技術(shù)為水利施工中渠道、閘門、堤壩的建立提供了技術(shù)支持。隨著水利工程的不斷發(fā)展，施工隊對硬件的測繪儀與軟件的數(shù)字化測繪的要求更高，GPS 測繪技術(shù)也將在實踐應(yīng)用中不斷完善，得到更廣泛的應(yīng)用[3]。

4 GPS 技術(shù)在水利工程地質(zhì)測繪的具體措施

現(xiàn)在，大量計算機(jī)軟件應(yīng)用于水利行業(yè)，為水利工程建設(shè)做出了卓越貢獻(xiàn)。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，水利工程建設(shè)項目也無論從深度、廣度以及精度方面都對工程地質(zhì)勘測提出了更高的要求。面對勘探深度的加大，對勘探分辨率要求的提高，為了滿足水利工程地質(zhì)勘測技術(shù)的要求，GPS 被越來越廣泛地應(yīng)用于水利水電工程地質(zhì)勘察測量及定位控制工作中。

4.1 根據(jù)實際需求，確定項目的任務(wù)和規(guī)模

由于根據(jù)項目任務(wù)要求的不同，對 GPS 技術(shù)的要求也是不同的。首先根據(jù)水庫的實際情況，確定實施任務(wù)書。比如若以防洪為主的水庫，必須將防汛調(diào)度的功能列為第一，以此為目標(biāo)建立水庫自動測報系統(tǒng)的。對于綜合水庫的建設(shè)，則需要考慮其蓄水和排水能力，計算其排水蓄水能力，確定水庫規(guī)模，在計劃的過程中，需要充分考慮實際工程的工作量，監(jiān)測配置的數(shù)量以及遙控遙感工作的分布[4]。

4.2 合理布局 GPS 遙測站

在建設(shè) GPS 遙測站時，需要事先充分考慮雨量站。流量站及水位站的分布。還需要根據(jù)建設(shè)的目的，當(dāng)?shù)氐乃臓顩r和現(xiàn)有遙測站的分布狀況來確定。GPS 遙測站的分布一般需要滿足以下條件：①遙測站的選址需要具有預(yù)報當(dāng)?shù)厮臓顩r的要求，還需要考慮當(dāng)遇到惡劣天氣如洪水，臺風(fēng)時的可靠性，并能實時進(jìn)行預(yù)報調(diào)度。②遙測站需要有一定的擴(kuò)展性，在能完成自己的工作情況下，還能承擔(dān)一些其他任務(wù)，比如測量當(dāng)?shù)赜炅?。③對于一些特殊的河流流域需要采取一些特定的措施，比如在雨量密集的地方，增加遙測站，以提高數(shù)據(jù)的可靠性。在本水利工程中，GPS 要測站的布局便選用網(wǎng)連式布設(shè)測繪網(wǎng)，加強了測繪站的幾何強度，進(jìn)而提高了 GPS 測繪站的精度以及可靠度，保證了水利工程的高效完成。

4.3 合理確定遙測站的數(shù)量及配置

根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H狀況確定設(shè)備的數(shù)量及配置。在雨量站，根據(jù)實際的將于情況確定對應(yīng)精度的雨量計。根據(jù)以往經(jīng)驗，中小型水庫選擇0.5mm，大型水庫選擇1.0mm。水文的觀測計需要根據(jù)實際情況選擇不同類型的，如壓力式或光電式。需要參考的因素有河床情況，及當(dāng)?shù)赝临|(zhì)因素。本次水利工程屬于中小型水庫，故選擇0.5mm，水文觀測計選擇的是壓力式。

4.4 充分利用 GPS 技術(shù)

在實施工程中，需要將GPS技術(shù)和傳統(tǒng)的物理測量技術(shù)相互結(jié)合。充分利用 GPS 技術(shù)的特點。對于不同的水文信息，需要進(jìn)行全面測量，防止出現(xiàn)錯誤。至少需要使用5顆以上的衛(wèi)星，才能準(zhǔn)確的定位。合理運用GPS系統(tǒng)中的計算機(jī)繪圖功能和虛擬成像技術(shù)可以對當(dāng)?shù)氐鼐€及水文資料進(jìn)行實時動態(tài)測量。對一些復(fù)雜的地形，可以通過GPS進(jìn)行3D成像，這樣觀測者便可以非常直觀地了解當(dāng)?shù)氐乃那闆r。

5 結(jié)語

計算機(jī)技術(shù)在中國工程項目上的應(yīng)用，水利領(lǐng)域就是其中之一。為了充分發(fā)揮 GPS 測繪技術(shù)的優(yōu)勢，在實際的應(yīng)用過程中，離不開 GPS 控制網(wǎng)的完善搭建，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行科學(xué)的選點并在觀測后對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。每個新工程項目使用GPS 進(jìn)行勘測繪圖時，都需要建立區(qū)域控制網(wǎng)，GPS 測繪控制網(wǎng)的搭建是以分級的方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層次構(gòu)建的。根據(jù)各個階段的不同狀況，及時對控制網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，參數(shù)的設(shè)置和分段復(fù)審能減少網(wǎng)變誤差，便于地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)信息的有效處理?？刂凭W(wǎng)的連接方式分為邊連式和網(wǎng)連式，水利樞紐和橋梁隧道進(jìn)出口間的連接方式最好采用網(wǎng)連式，以增加檢核條件，提高可靠性?；?GPS 技術(shù)的運用，能借助相應(yīng)的控制系統(tǒng)提高勘察測繪的效率與質(zhì)量。該技術(shù)將成為水利工程地質(zhì)測繪技術(shù)發(fā)展的新趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃春琳.淺談水利工程地質(zhì)勘測及工程地質(zhì)環(huán)境[J].電子制作，2013（24）：228.

[2] 林紅.對水利水電工程地質(zhì)勘測方法與技術(shù)應(yīng)用的研究[J].中國水運（下半月），2013（6）：231～232.

[3] 徐偉偉.水利水電工程地質(zhì)勘測方法與技術(shù)應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（27）：211.

[4] 李榮偉，侯恩科.水利水電工程地質(zhì)勘測的主要方法及其發(fā)展[J].四川水力發(fā)電，2007（6）：89～92.