淺談GPS 在水利工程施工測量中的應用

李 猛，劉紅玲

（青州市黑虎山水庫水利工程建筑安裝公司，山東 濰坊262500）

水利工程具有施工范圍廣、野外作業(yè)、地形復雜等特點。GPS 測量技術的應用極大地降低了水利工程施工測量工作的強度，提高了工作效益。本文結合水利工程施工實例，介紹了GPS 在水利工程施工中一些實際應用。

1 GPS 在水利工程中的應用

1.1 土石方開挖工程中斷面測量

1）原始斷面測量。在土方工程開工之前，首先要制定合理的測量方案，確定最合理的起始直線L1，沿直線記錄高程點h，沿線的高低起伏處要增加測量點，直線起始點和結束點必須覆蓋土石方工程施工工作范圍。確定測量間距d，然后用GPS 的直線放樣功能平行于L1 割斷面，依次記錄L2、L3……Ln 直線上的高程，繪制出原始斷面測量圖。

2）竣工斷面測量。土方工程施工完成后，利用GPS 的放樣功能找出原始斷面測量中確定的直線L1?？⒐y量標記為直線L1′，同樣是沿直線記錄高程點h，起伏處多測，平緩處少測，記錄出L1′線上的高程點后，用GPS 的直線放樣功能，每間隔間距d，平行于L1′割斷面，一次記錄L2′、L3′……Ln’直線上的高程，繪制出竣工斷面測量圖。

3）土石方工程量計算。利用CAD 繪制的原始斷面測量圖和竣工斷面測量圖中每一條直線的原始L1 與L1′，L2 與L2′……Ln 與Ln′斷面的面積差，記為S1、S2……Sn。計算兩個斷面差的平均值作為平均面積，即S1′=（S1+S2）/2，S2′=（S2+S3）/2……Sn′=（Sn+0）/2，土石方工程量V=（S1′+S2′+……Sn′）*d。

1.2 施工定位放線和竣工圖繪制應用

根據(jù)已知的基準點，用GPS 中的求轉換參數(shù)功能，建立坐標系。利用CAD 軟件讀出設計單位所給圖紙的坐標，輸入GPS 坐標庫中，用點放樣功能，進行平面坐標放樣。此方法適合于水利工程中基礎和擋墻施工放樣定位，尤其適合現(xiàn)場曲線放樣。

工程完工后，根據(jù)工程實際情況，用GPS 的點測量功能，將完工的建筑物或構筑物的輪廓讀取出來，然后導出至電腦，用CAD 軟件繪制出工程竣工圖。此功能特別適合于輸水管道工程施工。

2 GPS 的基本原理和優(yōu)勢

2.1 基本原理

GPS 定位分為三大類：第一類是位置差分；第二類是偽距差分；第三類是相位差分。以上三類的GPS 定位原理是一致的，即基準站發(fā)送改正數(shù)，隨即用戶站接收信息，并修改信息，進而獲得準確的定位。

2.2 土方工程用GPS 計算工程量的優(yōu)勢

1）以往水利工程施工中斷面測量較常用的全站儀測量，全站儀測量必須保證測量點和全站儀之間保持通視，如不通視則必須轉點測量，而轉點帶來的誤差不可避免，因而從精度上GPS 要優(yōu)于全站儀。雖然GPS 高程精度不太高，但相對于土石方開挖工程這種大方量基數(shù)來講，精度要求滿足工程計量需求。更重要的是，GPS 在建立好坐標系校核后，一人就能完成全部工作，受地形影響小，大大降低了測量工作量，提高了工作效率。

2）由于在原始斷面測量和竣工斷面測量中使用同樣的測量斷面，能很好地反映出土石方施工前后該直線段的斷面變化，通過兩個相鄰斷面平均取值，能很客觀地計算土石方工程量。

3 水利工程應用實例

3.1 土方斷面測量實例

在黑虎山水庫管理區(qū)臺地填筑工程中，臺地上口填筑總長度約120 m，填筑寬度約80 m。沿副壩壩軸線開始間距10 m 劃一個斷面，共劃分為16 個斷面。填筑施工開始前，先用GPS 進行原始斷面測量，用CAD 繪制原始斷面測量圖。填筑全部完成后，沿原先劃分的斷面用GPS 測量，繪制出竣工斷面測量圖。用竣工斷面圖與原始斷面圖兩者相疊加，計算出每個斷面的增加面積，根據(jù)相鄰斷面平均增加面積乘以間距得出兩個斷面之間的填筑土方量，依次計算出所有斷面土方，即為全部填筑土方工程量。

3.2 黑虎山水庫溢洪道災后改擴建工程

在黑虎山水庫溢洪道災后改擴建工程中，原溢洪道增擴一孔閘門，對放線測量要求很高。既要滿足后續(xù)混凝土施工，又不能開山太多影響原溢洪道安全。遇到難題就是溢洪道弧形擋墻難以準確定位，由于現(xiàn)場地形復雜、坡陡林密，常規(guī)方法很難實現(xiàn)準確定位，利用GPS 點放樣功能，在弧形擋墻平面布置圖上加密至間隔50 cm 讀取坐標一次，將坐標輸入GPS 坐標庫，再將其在施工現(xiàn)場定位出來。同時，在石方開挖施工過程中隨時進行校核，準確地定位了擋墻位置。

3.3 青州市三庫串聯(lián)工程

在青州市仁河水庫、黑虎山水庫、七一水庫三庫串聯(lián)工程中，其中一段為管道工程，管道總長12.5 km，沿大石河河道內埋設PCCP 預應力鋼管混凝土管道，施工過程中，由于現(xiàn)場河道地形變化較大，實際管道埋設并不是完全按施工圖紙定位施工。在管道敷設完畢、土方回填之前，用GPS 將管道從頭至尾全部實際測量一遍，繪制成竣工平面圖。因為有著精確定位圖，后來公路局在石河建橋打樁時精確避開管道位置，保護了新建成的管道。

4 GPS 在水利工程施工中的問題

4.1 配合水準儀使用測量精度穩(wěn)定

GPS 平面測量誤差在20 mm 以內，基本達到水利工程施工精度要求。但高程誤差穩(wěn)定性差，受地形、天氣等因素影響較大，不能滿足施工的精度要求，因此，建議在高程精度誤差要求較高的工程中，盡量不要用GPS 直接讀取高程，應以水準儀為主，用GPS 加以輔助，兩者配合使用。在高程精度要求不是很高的工程中，如開闊的場地以及大土方量工程中，可以采用GPS 直接讀取。同時在實際高程測量中一定要注意基準點處桿高和實際測量處的桿高，兩者必須一致，否則較容易出現(xiàn)大范圍測量錯誤。

4.2 GPS 信號強度對精度影響較大

GPS 工作原理是接受衛(wèi)星信號，天氣影響較大，晴天時信號好，陰天信號差。測量地點的建筑物或樹木遮擋也影響信號，特別是樹木遮擋，在密林處信號差。建立基站時就應該選擇空曠處，測量時盡量選擇天氣晴朗的白天，在樹木遮擋處應考慮轉點或其他方案，確保測量精度滿足施工要求。