GPS测量在水利水电工程测量中的应用探析曹静霞

GPS测量在水利水电工程测量中的应用探析曹静霞

曹静霞

关键词：GPS技术；水利水电工程测量；高程系统

GPS技术具有高精度、观测时间短、全天候作业、自动化程度高等诸多优势，应用于水利水电工程测量，可有效提高测量效率，进而为工程质量提供必要的保障。随着测量难度加大，GPS技术也在不断改进。现如今北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，缩写为BDS，与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO并称全球四大卫星导航系统。随着定位系统的技术发展，在商业领域和民用上的开发空间进一步扩大，也给水利水电工程测量的发展带来了新的契机。

1.GPS测量技术概述

GPS是全球定位系统，该系统由美国国防部研制并开发主要用于不受时间以及空间限制的，同时具有较高空间分辨率的卫星导航。该系统现免费向世界各国开放，为世界各国提供低成本、高精度的导航及定位服务。全球定位系统主要由卫星、监控与接收设备组成。GPS全球定位系统经常与RTK相互配合来实时的将所监测位置的地理信息，通过无线传输的方式传输到用户的接收站，除了利用无线接收设备接收基站的数据之外，用户接收站还需要接收卫星信号，结合所接收基站所测得的数据与卫星信号根据定位算法来确定显示用户站的实时的三维坐标，并能够显示出坐标的精度。

2.GPS技术及其优势分析

GPS即全球卫星定位系统，借助GPS定位卫星，可实现全球范围内的定位和导航。关于GPS系统的构成，主要有以下3部分：①空间部分。在距离地面2000km的高空均匀分布有24颗卫星，分布在6个轨道平面，可实时全天候对地观测到地球任何地方。不过受大气摩擦影响，导航精度会有所转变；②地面控制系统。又可分为地面监测中心、地面主控制站和地面天线，职责是接受卫星发出的信号信息；③用户设备，主要是指GPS信号接收机，可跟踪卫星并获取卫星信号，然后测量出二者距离、卫星轨道等参数，经内部微处理计算机分析处理后，便可得到用户的三维坐标。GPS技术适应性强，应用范围广泛，与普通测量技术相比，具有诸多优势。首先实现了高度自动化，操作方便，测量时只需要做一些简单的工作，如合理放置仪器、连接电缆线、按要求操作手簿等，系统就会自动跟踪观测；其次可保证24h连续不断地提供导航定位服务；观测时间短但精确度很高。

3.GPS测量技术在水利水电工程测量中的应用

3.1控制网设计

为了限制误差的累积和传播，保证测图和施工的精度及速度，测量工作必须遵循“从整体到局部，先控制后碎部”的原则。控制网设计是首级控制的重要内容，控制网基本图形有3种较为常见。一是三角形网，精度分布均匀，几何结构较强，稳定性高，且自检能力优越，在测量过程中能够及时发现存在的缺陷，从而增强控制网的可靠性和可行性。缺点是实际测量时耗时耗力，观测时间长，工作量大，特别是接收机数量较少时，测量时间往往会比设计值有所拖延；二是环形网，在结构强度上不如三角形网，其结构主要是带有多条独立观测边的闭合环，安全性能良好，测量时工作量相对较小，自检能力也很强。不足之处在于相邻点间的基线精确度在分布上很不均匀；三是星形网，结构简单，操作快捷，除了两台或三台观测仪器，无需其他设备。但由于观测边与观测边形不成任何闭合图形，所以测量精度和自检能力都低于前两者。

3.2变形监测

即在观测周期能够及时发现观测点的变形信息，若变形程度较严重，超出了许可值，则建筑物稳定性很容易受到影响。通常对变形监测的精度要求很高，应精确到毫米级。水准测量方法在实际中较为常用，可观测建筑物沉降状况；地基滑移和水利水电建筑物的倾斜则主要使用三角测量方法来完成。所需仪器有水准仪、测距仪、全站仪等，该方法适应性强，但工作繁多，测量时间太长，且受地形条件影响明显，自动化水平低。部分水利水电工程分布在居民点的上游或附近，尤其是大型水库坝址、大型水闸、重大开挖边坡等，一旦出现质量问题，将直接威胁到附近群众的生命财产安全，所以其变形监测工作必须引起重视。GPS技术凭借自身优势，把接收机安装在固定观测点上后，可实现数据采集、数据处理和变形分析整个过程的自动化，效率和精度都很高。因建筑物形变具有动态性，所以首先要获取相关动态信息，对其运动规律和所处状态进行科学预测。具体监测内容有很多，如监测精度、监测方法、数据处理能力、诊断结果等。

4.3高程系统测量

高程测量在水利水电工程中是一项很重要的工作，高程控制决定了规划阶段水位线的推算和工程量的计算，直接影响工程的造价预算和工程安全性问题。由于水利水电工程在河谷切割较深处、山高坡陡处分布较多，自然环境恶劣，增加了高程测量难度，目前在测量高程时，光电测距三角形高程测量法应用较多，工作量大、测量时间长，若在水利水电工程中应用GPS技术，建立控制网，因为其平面精度较高，测量相当于四等几何水准，测量精度必将有所提升。

4.4数据整理

在水利水电工程测量的过程中，对测量数据的分析处理工作是十分重要的。是否拥有强大的数据分析能力是决定测量质量的关键因素。第一，要做好测量预处理工作。也就是说要根据工程的真实情况对原始数据进行第一次筛选综合以及分类工作。第二，要做好数据的平差计算工作。平差说的就是整体的平差，一定要保证数据计算的精准程度。第三，要做好数据的转换工作，就是指要做好全球定位系统和坐标系统之间的转换工作。

5.水利水电工程GPS测量技术的应用前景

水利水电工程随着我国经济飞速增长迎来了新的发展机遇和新挑战，水利水电工程测量设计行业硬件设施以及软件技术不断投入和重视。更为严格设计工程测量意味着挑战。目前的技术条件水利水电工程测量，即使采用先进仪器电子全站仪和水准仪测量方法效率也相对而言较低，作用难度受环境限制较大，在水利水电工程中应用，GPS技术作为GPS的一个主流有着非常广阔的前景。目前，在初期勘测地段，经常会使用GPS静态或快速静态方法对地形、纵侧面以及路线平面进行测量。在水里工程检测方面一般应用于闸门、渠道、堤坝建立以及施工控制上。今后GPS技术在不断应用中其技术将会更加完善，GPS技术将被推广更为广阔。

结论

综上所述，GPS具有非常突出的特点，并且具有较好的运用效果。在水利工程测量工作中，必须加强GPS技术运用的研究，对GPS测量方法进行充分的掌握，为今后的水利工程测量定下基础。在进行GPS技术的运用过程中，必须对测量结果的精确度以及实用性进行保证。在今后的发展中，GPS技术将会变得越来越完善，GPS技术将为水利工程测量带来更加显著的发展。

参考文献:

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[2]程亮.水利水电工程测量误差控制要点分析[J].科技风，2012，21：134.

[3]胡义锁.水利水电测绘中的GPS分析应用[J].中华民居（下旬刊），2012，10：183-184.