GPS技術(shù)在水利控制測(cè)量中的應(yīng)用

王向衛(wèi)

摘 要：我國(guó)人口眾多，水利資源豐富，水資源使用較多，因此需要大量的水利工程，進(jìn)行水資源的輸送，確保人們?nèi)粘Ｉ钣盟约稗r(nóng)田灌溉用水。水利工程在建筑之時(shí)首先需要進(jìn)行測(cè)量，隨著科技水平不斷提高，尤其是現(xiàn)在的全球定位系統(tǒng)GPS不但能夠提供更加精準(zhǔn)的測(cè)距服務(wù)，其自身具有全天候、實(shí)時(shí)性、抗干擾性等眾多優(yōu)點(diǎn)，能夠更加準(zhǔn)確提供真實(shí)的速度，三維坐標(biāo)以及精準(zhǔn)視線。

關(guān)鍵詞：GPS 技術(shù);水利工程;測(cè)量

1 GPS工作原理

GPS系統(tǒng)屬于全球定位技術(shù)，該技術(shù)已日趨成熟，逐漸運(yùn)用于工業(yè)、軍事、礦產(chǎn)、建筑等各個(gè)領(lǐng)域，目前已獲得較為明顯的成果。該技術(shù)具有高精度與高效率的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于傳統(tǒng)工程測(cè)量，通常需布置控制網(wǎng)，實(shí)施樁位放樣，大多使用全站儀、測(cè)距儀等儀器。而GPS系統(tǒng)完全不考慮氣候因素，不受地形環(huán)境影響，確保工程測(cè)量能夠高精度與高效率。

首先，動(dòng)態(tài)分析樁位放樣，樁位精確度誤差可控制于厘米級(jí)。

其次，構(gòu)建放樣平臺(tái)。利用GPS技術(shù)，可構(gòu)建放樣平臺(tái)，在施工平臺(tái)中設(shè)置鋼管樁放樣，有利于減少外業(yè)測(cè)量時(shí)間。

第三，偏心檢查。為確保精確度，可實(shí)現(xiàn)一物兩用，利用樁位偏心檢查技術(shù)，使工程測(cè)量效率顯著提升。使用GPS技術(shù)需注意，部分測(cè)量數(shù)據(jù)不能夠直接獲取，必須與其它測(cè)繪儀器相結(jié)合，方可順利完成工程測(cè)繪。

第四，GPS與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)可有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)測(cè)量定點(diǎn)與定時(shí)，現(xiàn)階段，通常采用靜態(tài)定位技術(shù)與快速的靜態(tài)定位技術(shù)。

2 GPS 技術(shù)在水利應(yīng)用特點(diǎn)

水利工程在GPS 技術(shù)應(yīng)用上，借助于GPS 衛(wèi)星定位，能夠?qū)崿F(xiàn)工程的精確定位。GPS 系統(tǒng)主要有三個(gè)部分構(gòu)成，分別是空間和用戶、地面設(shè)備方面，其中空間部分主要是距離地面2000 千米高度有二十四顆衛(wèi)星在軌道上，實(shí)現(xiàn)全天候的控制和觀測(cè)，隨著大氣摩擦的影響，導(dǎo)航精度上會(huì)有一定的偏差。對(duì)于地面控制系統(tǒng)中，有地面監(jiān)測(cè)中心和主要控制站以及地面天線等，地面控制系統(tǒng)主要是接收衛(wèi)星發(fā)布的信號(hào)，然后測(cè)量衛(wèi)星軌道以及相距距離。還有用戶設(shè)備，主要是GPS信號(hào)接收機(jī)，這種設(shè)備能夠精確獲取衛(wèi)星信號(hào)，同時(shí)經(jīng)過(guò)內(nèi)部的處理和計(jì)算機(jī)分析后，能夠有效獲取用戶坐標(biāo)。

GPS 技術(shù)的適應(yīng)性非常好，且能夠應(yīng)用到許多行業(yè)中，和一般的測(cè)量技術(shù)比較而言，其自身具備更多的高科技優(yōu)點(diǎn)。GPS 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高度自動(dòng)化，且操作上比較簡(jiǎn)單、方便，在測(cè)量的過(guò)程中，只需一點(diǎn)簡(jiǎn)單動(dòng)作，例如操作連接電纜線工作，放置相關(guān)儀器等，這些工作都是非常簡(jiǎn)單，即可實(shí)現(xiàn)GPS 技術(shù)的自動(dòng)化跟蹤。同時(shí)，還可以不間斷的全天候提供導(dǎo)航服務(wù)和各種測(cè)量工作，且觀測(cè)需要的時(shí)間很短，能夠獲得較高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)。

3 GPS技術(shù)在水利控制測(cè)量中的應(yīng)用

3.1 建立工程控制網(wǎng)

工程控制網(wǎng)作為工程管理和建設(shè)的基礎(chǔ)，其類(lèi)型及精度與工程項(xiàng)目的規(guī)模和性質(zhì)均有密切的聯(lián)系。通常情況下，工程控制網(wǎng)的覆蓋面越小，點(diǎn)位密度越大，對(duì)于精確度得要求也就越高。邊角網(wǎng)是最為常用的方法之一。采用 GPS 定位的方法構(gòu)建控制網(wǎng)，對(duì)于點(diǎn)位選擇的限制較少，測(cè)量精度較高，且具有時(shí)間短和費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)。在工程首級(jí)控制網(wǎng)中應(yīng)用廣泛。應(yīng)用GPS 技術(shù)進(jìn)行控制網(wǎng)建立，一般多采取載波相位靜態(tài)差分技術(shù)，以保持毫米級(jí)得測(cè)量精度。采用GPS 技術(shù)建立施工控制網(wǎng)以及工程控制網(wǎng)均擁有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。道路施工和勘探控制網(wǎng)，具有橫窄、縱長(zhǎng)的特點(diǎn)。通常采取三角鎖、導(dǎo)線的方式，并常常需要進(jìn)行分段實(shí)施，以防止誤差積累。采取GPS 技術(shù)，因?yàn)辄c(diǎn)與點(diǎn)之間沒(méi)有通視的需要，能夠敷設(shè)較長(zhǎng)的三角鎖，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離線路坐標(biāo)控制的一致性。

3.2 選點(diǎn)與立標(biāo)

GPS水利測(cè)量時(shí)應(yīng)該遵循四大原則：

1）測(cè)量點(diǎn)選擇交通便利、周?chē)鸁o(wú)障礙物的地方，視野開(kāi)闊保證有足夠的視場(chǎng);另外測(cè)量點(diǎn)地面基礎(chǔ)牢固，而且易于下次找到，保存測(cè)量點(diǎn)的位置。

2）測(cè)量點(diǎn)選擇在至少200米內(nèi)沒(méi)有大功率無(wú)線電發(fā)射源;離高壓線的距離不得小于50m，以避免高壓線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)GPS信號(hào)的干擾。

3）測(cè)量點(diǎn)選擇在無(wú)強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號(hào)接收的物體，如大面積水域是強(qiáng)烈的干擾物，因此要避免大面積水域。如此選擇的目的是為了避免多路徑效應(yīng)。

4）測(cè)量點(diǎn)選擇時(shí)，有就測(cè)量點(diǎn)不選新的測(cè)量點(diǎn)。使用舊的測(cè)量點(diǎn)前對(duì)舊點(diǎn)的穩(wěn)定性和完整性進(jìn)行檢查，符合要求繼續(xù)使用。另外GPS網(wǎng)點(diǎn)要鋪設(shè)標(biāo)志性的標(biāo)石。為準(zhǔn)確標(biāo)定點(diǎn)位，另外選擇標(biāo)石也有要求，選擇的標(biāo)石要穩(wěn)定、堅(jiān)固以便長(zhǎng)久使用。預(yù)埋標(biāo)石后及時(shí)標(biāo)記和更新選點(diǎn)網(wǎng)圖。

3.3 平面控制測(cè)量

GPS與EDM導(dǎo)線結(jié)合的方法對(duì)于高水頭的水利工程，輸水隧洞的控制是整個(gè)工程的核心。由于水利工程處位于山地狹谷這種特殊的位置，采用GPS測(cè)量往往受到地形條件的限制，不能直接在壩址、進(jìn)出洞口（支洞）、廠房等關(guān)鍵位置上施測(cè)，而只能在附近山脊等開(kāi)闊處選取合適的點(diǎn)位，再用EDM導(dǎo)線延伸至需要的位置上。在各施工區(qū)如壩址、洞口、廠房等處布點(diǎn)時(shí)，每處至少布設(shè)2～3個(gè)點(diǎn)，并使各相鄰點(diǎn)互相通視，最好能組成一個(gè)三角形，以便檢驗(yàn)測(cè)量成果的精度。常用的方法有：用全站儀測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的平距與GPS二維約束邊長(zhǎng)進(jìn)行比較，用全站儀測(cè)量單角與GPS坐標(biāo)反算角度值進(jìn)行比較等。

測(cè)距導(dǎo)線作為水利工程的地表控制是非常合適的，一方面全站儀在生產(chǎn)單位已得到全面的普及，同時(shí)它又有良好的測(cè)角、測(cè)距精度;另一方面，測(cè)距導(dǎo)線選點(diǎn)的自由度大，能在所需的地方布點(diǎn)，并能一次性完成平面和高程控制測(cè)量。為提高隧洞的貫通精度，減少壩址與廠房間控制點(diǎn)的數(shù)量，導(dǎo)線宜布設(shè)成直伸型。

3.4 擬合高程測(cè)量

水利工程中采用GPS高程測(cè)量與幾何水準(zhǔn)相比較，具有許多優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在電間無(wú)須通視、觀測(cè)操作簡(jiǎn)單、網(wǎng)型連接要求不嚴(yán)、減輕外業(yè)作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在平原或丘陵地區(qū)的一般工程測(cè)量中，完全可以用GPS高程擬合的方法代替四等水準(zhǔn)或普通幾何水準(zhǔn)測(cè)量。在帶狀測(cè)區(qū)，高程擬合采用線性擬合更合適，而在面狀地區(qū)，則不太合適。在山區(qū)GPS網(wǎng)中，只要聯(lián)測(cè)適量的幾何水準(zhǔn)，利用數(shù)值擬合法求解GPS正常高，可以達(dá)到山區(qū)四等水準(zhǔn)的要求。

GPS高程控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)高程異常的變化情況，對(duì)水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)做到精心設(shè)計(jì)、精心觀測(cè)和精心解算。聯(lián)測(cè)的幾何水準(zhǔn)應(yīng)分布于線型網(wǎng)的兩端和中部。如果是區(qū)域網(wǎng)應(yīng)均勻分布于周邊和網(wǎng)的內(nèi)部。這樣布設(shè)擬合的精度最好、最合理。網(wǎng)型傳遞應(yīng)采用網(wǎng)連式，高程的傳遞應(yīng)采用符合方式進(jìn)行高程推算?？刂泣c(diǎn)的選點(diǎn)應(yīng)盡量選擇適合GPS觀測(cè)的環(huán)境，以保證觀測(cè)質(zhì)量。減少外業(yè)的返工率和作業(yè)時(shí)間。同時(shí)作好星歷預(yù)報(bào)，計(jì)劃好觀測(cè)時(shí)間，確保衛(wèi)星數(shù)量和接收數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

GPS 測(cè)量技術(shù)在水利工程中發(fā)揮著重要的作用，由于其具有高精度、高準(zhǔn)度、全天候、時(shí)間短、多功能、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，為水利工程的測(cè)量帶來(lái)了極大的便利，提高了水利工程的測(cè)量效率。隨著科技的發(fā)展，GPS 測(cè)量技術(shù)也會(huì)不斷得到提高和改進(jìn)，使其會(huì)越來(lái)越多、越來(lái)越廣地運(yùn)用到水利工程建設(shè)中去，從而促進(jìn)我國(guó)水利工程建設(shè)的發(fā)展和完善。

參考文獻(xiàn)

[1]李冬韓.GPS 測(cè)量在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用探析[J].河南水利與南水北調(diào)，2015（02）：37-38.

[2]陳立威.探析水利建設(shè)工程的質(zhì)量檢測(cè)管理[J].住宅與房地產(chǎn).2015（19）