在水利工程建设中GPS控制网的应用及精度探讨

在水利工程建设中GPS控制网的应用及精度探讨

王海涛李新兴

陕西水环境工程勘测设计研究院陕西西安710021

摘要：水利工程是国民经济的基础设施，近年来，国家大力建设水利工程。工程测量是水利工程施工的前提和基础，所以工程测量技术十分重要，准确、真实的测量数据，能够顺利推进水利工程的施工，反之则会影响工程的顺利开展。近年来，随着GPS技术的发展，GPS技术广泛应用在工程测量中。本文主要阐述了GPS技术，水利工程建设中GPS控制网设计并结合具体的工程进行分析。

关键词：水利工程；工程测量；GPS控制网；测量精度

引言

水利工程是关乎国计民生的工程，因此做好水利工程建设十分重要。但是大多数水利工程都位于偏远地区，高等级测量控制点比较少，给水利工程施工测量大量了很大的困难。GPS技术应用在水利工程测量工作中，降低了测量的工作强度，提高了工作效率。但是当前GPS控制网还存在一定的问题，需要对其进行科学、合理的设计，才能提高测量的精度。

一、GPS技术

GPS全称为全球定位系统，是英文GlobalPositioningSystemGPS的简称。GPS是在卫星和通信技术的基础上发展起来的一种技术，通过导航卫星进行测量和测距。上个世纪七十年代美国开始对其进行研究，经过二十多年的研究，美国建成了海、陆、空全方位立体化的三维导航和定位能力的卫星导航与定位系统，为海、陆、空提供全天候、实时和全球性的导航服务，并在情报收集、核爆检测等方面发挥重要作用。与传统的测绘技术相比，GPS技术具有高效益、自动化、高精度、全天候、操作简单等特点，在工程测量的观测点不需要设置通视已经广泛应用在工程测绘、地质勘查等各个领域。

二、水利工程建设中GPS控制网设计

传统的工程测绘方法需要考虑到控制点的距离、相邻边之间的比值以及观测点角度等因素，前期需要做大量的准备工作。通过GPS控制网设计，不需要考虑到这些因素，GPS控制网设计劳动强度小，控制网结构图形相对比较灵活。控制网常见的布局方式有点连式、边连式、边点混合式等等。GPS控制网设计时，必须遵守相关的操作要求，异步环相近的点必须同步观测，从而提高GPS控制网的整体测量精度。其次，异步环边数增加的同时，GPS测量技术的精度也在不断下降。因此，为了确保GPS技术测量的精度，必须严格控制异步环的边数，异步环的边数一般控制在6条以内，每一个测站点至少与三条独立的基线连接。

三、水利工程建设中GPS控制网的应用及精度分析

某水电站南与东江相接，北起正果永河口，测区总长度为66千米，由于被测地区被果树覆盖，部分地段房屋密集，通视条件比较差。鉴于该地区没有测量控制点，平面控制使用分级布设，首级控制网设置4个GPS网络。GPS测量技术设计按照国家颁布的《工程测量规范》、《城市测量规范》以及《卫星定位城市测量技术规范》的相关要求。按照水利工程和测区的实际情况，将工程四个GPS网络作为测区首级控制网络，地物点临近图根的点的平面位置误差在0.6毫米左右，等高线高程误差不能大于三分之一基本等高距。结合实际情况，在该工程中控制网设计使用点连式、边连式、边点混合式三种形式，并对着三种形式进行分析，确定最佳GPS控制网设计形式。

（一）点连式

这是一种常见的布网方式，通过相邻同步图形之间的公共点进行连接，点连式网形的几何强度比较弱，很少形成异步环，但是这种形式的控制网，测量效率高。但是这种测量方式缺乏有效地检验技术，所以可靠性比较低。因此在水利工程测量工作应用的比较少，一般只是作为整个网形的一部分出现，将异步环与点连式的速度，能提高测量的效率。点连式控制网的网形结构图如下：

经过数据分析发现在该控制网中，异步环总数是0，闭合环节点数是3，同步环和闭合环总数都是5。这种网形的基线长符合二级标准，所测的的数据质量也符合相关标准。改组网形以后，需要测量工作站为5个，接收机需要工作5个小时，测量的时间相对来说比较短，测量成本比较低。从成本考虑，这种网形结构同步闭合环和闭合差比较小，能够确保GPS基线符合相关标准，但是GPS边的测量精度难以保证。在实际测量过程中，接收的信号可能受到干扰，所以测量的可靠性无法保证。

（二）边连式

边连式也是一种常用的布网形式，通过公共基线穿越相邻同步的图形之间，这种网形一般能够形成很多闭合条件，可靠性、精度、图形结合强度比点连式要高。因此，这种布网方式在水利工程测量中应用的十分广泛。然而在实际过程中，不同的水利工程地形地貌、水文条件、气候条件不同，边连式GPS控制网的实际形状也有很多种形式，边连式控制网的网形结构图如下：

通过上述图形，可以看出异步环总数为15个，同步环总数为10个，闭合环总数为25个，闭合环节点数位3个。通过数据平差分析，发现这种网形，测量的精度要比点连式高出很多，而且测量的精度指标能够满足三等GPS控制网的要求，从技术层面考虑，这种网形完全符合测量的要求。这种控制网需要设置10个测量占，接收机需要工作10个小时才能完全接受数据，所以工作时间比较长，测量成本比较，但是这种分布式方法几何强度得到了很大的提升。

（三）边点混合式

边点混合式是在点连式和边连式基础上发展起来的一种新的控制形式。通过相邻同步图形之间的公共点或者公共基线进行设计。因此，边点混合式结合了点连式和边连式两种控制形式的优点，它既具有边连式的可靠性，又具有点连式的快速移动特性。所以在水利工程测量过程中，应用的也比较多。这种混合式适合大面积水利工程GPS控制网的设计，测量的质量和效率比较明显。混合式控制网的网形结构图如下：

从以上图形可以看出，异步环总数和闭合环节点总数都是3个，同步环总数是7个，闭合环总数是10个。通过平差计算和分析，发现这种混合网形设计，其测量的精度比点连式和边连式要高很多，其测量精度指标已经达到了三等GPS控制网的测量要求。因此，可以得出结论，这种混合设计方法，完全符合测量要求。这种网形需要设置7个观测站，接收机需要工作7个小时，完成的工作时间和测量成本也不是很高，所以从测量成本角度考虑，这种网形结构也是符合测量要求的。同时，由于这种网形结构兼具点连式和边连式两种网形结构的优点，其测量数据的可靠性更高。

通过点连式、边连式、点边混合式三种网形结构的分析，可以得出以下结论：点连式精度低、可靠性低、测量成本低；边连式精度比点连式高，可靠性一般，但是测量成本高；边点混合式精度高、可靠性强、测量成本适中。因此，该水利工程测量技术应该选择边点混合式的GPS控制网设计方案。

结束语

随着测量技术的发展，传统的测量技术已经无法满足现代水利工程建设的测量需求。GPS控制网布网方便、选址灵活，不受到通视条件以及网形的限制，所以比传统的工程测量技术更具优势。但是在实际测量工作中，要分析水利工程的实际情况，科学制定GPS控制网，从而得出最佳的控制网形。

参考文献

[1]王德继.浅谈水利工程建设中的测量[J].商业故事,2015,(16):99-99.

[2]王耀军.浅谈GPS定位技术在工程测绘中控制网的布设[J].城市建设,2012,(36).

[3]黄岩.GPS空间大地控制网技术在水文行业中的应用[J].水文,2013,33(5):75-80.

[4]张亮.GPS高程拟合在水利工程控制网中的应用[J].测绘与空间地理信息,2016,39(6):137-138.

[5]黄红日.GPS控制网在大型河流行洪能力分析中的应用[J].水科学与工程技术,2016,(2):17-19.