GPS高程测量在水利测绘工程中的应用

GPS高程测量在水利测绘工程中的应用

苏志亮 孟祥灏

中国水利水电第十一工程局有限公司 河南省三门峡市 472000

摘要：水利工程是我国重要的民生工程，其作用是科学调配水资源、满足社会需求、防止洪涝灾害、保障人民生命财产安全。GPS技术在水利工程中的应用对建设水利工程项目有着重要作用，其操作简单、测量精确，大大提高了工程测量的效率和质量。为保证测绘结果精准性，相关人员需要高度重视GPS测量的应用。文章介绍了GPS测量内容，对水利测绘工程中GPS测量的应用展开分析，并提出GPS测量应用过程的注意事项及其未来发展前景。

关键词：GPS高程测量；水利测绘

引言

科技迅速发展过程，水利测绘技术也呈现快速发展之势，GPS测量技术就是其中之一，其能够对地面信息进行立体定位，结合人造卫星获得测量目标相关参数，能够减少测量人员工作量，节约测量时间。GPS测量技术在水利测绘工程中的应用优势诸多，能够保证测量精度，提高工程建设质量。相关领域人员需要对于该技术的实践运用开展深入探索。

1GPS高程测量概述

1.1测量原理

GPS测量原理是利用全球定位卫星系统，为其测量过程提供精准服务。测绘人员应用GPS完成测量工作，具有高度的精准性，因此，应用范围较广。GPS测量主要是利用卫星数据确定物体位置，能够快速获取被测物体信息。相关人员只需将接收机、卫星之间的距离计算出来，即可确定接收机位置，利用GPS获得高程差，进而获得关键数据，确保测量数据准确。

1.2测量方法

利用GPS开展高程测量，常见的方法如下：一是等值线图法；二是地球模型法；三是拟合法。在测量期间，灵活应用上述技术能够保证获得信息数据高度精准。其中，通过等值线图法绘制高程异常的等值线图，确认待确定点正常高、正高等，需要相关人员合理选择坐标系，以此为基础，计算正常高的有效信息，此测量方法和等值线图获取密度有直接关联。因此，应该保证等值线图高度精准，才能发挥等值线图应用优势。我国地域辽阔、地形复杂，由于地图模型法的实际应用受限，因此该方法应用范围较小。应用GPS测量，需要测量人员获取精准数据。拟合法可被应用在小范围群，与高程异常、几何算法有紧密关联，主要利用数学方法对于正常高以及正高进行求解。

1.3测量特点

GPS测量系统的组成部分有三个，一是地面监控，二是空间部分，三是用户设备。借助地面监控能获取卫星数据；对于空中卫星开展监测的结构是空间部分，能合理确定卫星位置；用户设备主要是利用GPS接收机，根据卫星信号对于点坐标开展测量，保证数据准确。GPS测量应用优势显著，并在水利测绘领域得到了较为广泛的应用。

1.4应用优势

GPS技术被广泛应用在测绘领域、工程变形监测、资源勘探、生态环境保护等学科中。GPS技术在水利工程测量中的优势主要有：第一，提高工作效率。在传统水利工程测量工作中，由于会受到外界地形环境因素的影响，单靠测量人员的现场测量操作会需要进行大量的工作。GPS测量技术受自然环境因素影响较小，其能够最大限度满足不同类型水利工程的测量要求，并且可以方便测量人员的实践操作，大大提高测量工作效率；第二，测量精确度高。在水利工程测量中，可获取到连续的三维地理坐标，构建三维地形图，提升水利工程测量工作数据的精确度，充分保障良好测量的效果；第三，降低测量成本。GPS技术能够精确定位三维坐标，还能将地形信息数字化、可视化处理。GPS技术的应用能够同时满足水利工程日常运营管理、规划建设以及防洪决策等不同工作需求，有效降低成本，创造出更多的社会经济效益。

2水利工程测量工作中存在的典型性问题

2.1水利工程测量工作规划设计不系统

在设计环节上，水利工程测量工作存在着时间预期、目标设定、价值体系上规划不科学、不系统的问题，造成水利工程测量工作时间延误、目标漂移、价值缺失等一系列缺陷，严重地影响水利工程测量工作的效率和质量。

2.2水利工程测量人员素质有待提高

在水利工程测量工作中，基础人员、管理人员出现了很多操作技能、管理素养上的欠缺和不足，不能有效地应用水利工程测量工具，在科学管理、时间、效率和水平上表现出不足和缺陷。

2.3水利工程测量技术设备现代化水平低

受资金限制和资源不足的影响，水利工程测量队伍存在技术陈旧、设备老化、方法滞后等一系列问题，现代化的科技手段和仪器设备难以在水利工程测量工作中得到应用，只能依靠简单、重复、低级的工作加以弥补，给水利工程测量工作带来各种问题和隐患。

3GPS高程测量在水利测绘项目中的应用

水利工程的测量工作主要是为工程建设提供专项测量服务，具体测量信息包括地形、平面、高程等。在项目规划设计环节，测绘人员需要对项目所在区域河流、湖泊等信息开展测量，为后续设计提供依据。如果建设水库工程，在设计后期，相关人员还要对水库淹没界限开展测量，确认水库临界值，以免施工期间存在安全风险，对工程质量造成影响。因此，应用GPS测量期间，相关人员需要在设计阶段就落实各项准备工作，结合水利项目类型差异，做好测绘位置标记工作，为测绘质量奠定基础，充分发挥GPS测量的作用。水利项目施工阶段，应使用GPS测量重点对施工控制网进行布设，并测量建筑轴线，按照测量结果，设计设备安装具体位置，因此，结果准确性能够影响水利项目最终建设质量。安装大坝变形的监测设备以后，相关人员需要对摆设位置进行检测，判断其是否合乎标准，保证设备及时观测建筑物变形信息，提高工程质量。

3.1平面控制测量

在传统水利工程平面控制测量过程中，测量人员通常采用的是导线测量方式，该测量方式会存在一定的误差，无法充分保障测量数据的精确度。因此，测量人员可以综合采用先进的GPS静态定位和实时动态定位技术实现对现场控制网的科学准确测量。基于GPS测量技术应用辅助下，测量人员只需要花费15min左右就能够轻松完成对18km以内区域的相对静态定位工作，并且GPS测量技术的定位精度在40km范围内仅仅只有5~8ppm，如果是在300~1500m范围内的水利工程定位测量中，GPS测量技术操作应用产生的平面误差将会小于1mm，这充分体现出了GPS技术在平面控制测量中应用的高精确度优势。

3.2动态定位测量

在水利工程勘测作业中动态定位测量技术应用较为广泛，其通常被应用在水利工程纵断面测量、横断面测量、导线测量以及中桩测量等多项作业中。与传统定位测量方式相比，水利工程测量人员通过合理利用动态定位测量技术，将不再受到透视要求的限制，在测量时间经过2~4s后就能够保证精确度达到1~2cm。值得注意的是测量人员在采用动态定位测量技术时要先设置好某个控制点处，在该区域位置科学运用静止观测方式有效观测几分钟直到结束初始化工作，然后就可以以预定采样间隔为执行标准展开自动观测。水利工程管理单位建立的基准站在此时也会进行自动数据观测，实时获取到采样点的动态定位数据，并且能够保障定位精确度达到毫米。

3.3高程测量。当水利工程测量人员在

明确区域性大地水准面高程时，测量人员需要综合运用GPS测量技术与传统水准测量方式。该种融合测量方式要求测量人员在设置现场GPS观测点时，必须保证拥有密度适当、分布均匀的水准测量资料。其次再运用先进的GPS技术高精度定位功能科学高效获取到现场观测点的大地高程差，同时还需要以大地水准面数学模型作为核心依据，准确计算出测量点高程的异常差，最终得到其正常高。根据相关实践工作证明，水利工程测量人员在高程测量中采用GPS静态定位技术测量大地的高程误差仅仅只有3~4ppm，如果水利工程人员是在小于20km的距离范围内展开测量工作，则能够将测量精确度控制在厘米层级。除此之外，水利工程人员通过在该种测量方式应用中合理引入高级水准点，则能够获取到几乎达到四等水准的测量结果，将误差控制在低于3cm。

3.4应用GPS开展截流施工

GPS测量在水利测绘项目中的应用优势明显，因此受到行业领域人员高度重视。同时，水利测绘过程还可能受到测绘温度、水下地形等多种因素影响。若采取人工测量法，可能耗费较高的人力及物力也难以保证结果的准确性。以往的测量应用过程对于测量范围有所限制，导致测量数值精准度不足。将GPS测量引入其中，能够利用其高精度优势，为水利测绘质量得到保证奠定基础。建设期间，截流施工要求快速完成，因此工期相对紧张。若使用传统测量法，可能难以满足工程实际测量需求，对工程进度造成影响。为克服测量环境差、地形复杂等因素影响，相关人员需要合理利用GPS测量技术，勘察水下地形，精准定位测量区域，提高测量效率，为工程建设的顺利进行奠定基础。

3.5应用GPS开展变形监测

GPS测量在坝体变形的监测中有重要应用，针对大型的水利工程建设，应该强化变形监测工作，对工程实际信息采取有效测量，保证测量质量。由于GPS能够全天候参与测量过程，并且测量结果的精准度较高，对比传统测量方法应用优势显著。因此，相关人员应该优化传统测量法，重视GPS测量，保证作业效率。在GPS测量的应用下，可全面获取大坝变形各项参数，并深入分析变形情况，把控监测系统，为变形监测相关工作的开展提供有力参考。

4在水利测绘项目中应用GPS高程测量的注意事项

利用GPS测量技术时，相关人员需注意天气变化。如果天气情况相对较好，可随时开展信息观测。但是如果遇到极端天气，为避免测量结果受影响，需要避开突变天气，防止观测结果中不确定因素的增加，可在适宜的气候下，选择特定时间段观测。如果在雷雨天气时要使用测量仪器，应该注意雷电预防，防止设备受到雷击导致测量结果出现误差，带来较大经济损失。观测数据以前，应该严格进行设备和机器对中找正，保证设备平整，严格按照观测仪器、设备的使用规范进行操作。如果测量过程利用光学电器，应借助垂球对此类电器的对中完成检验和校核，保证对中误差在2mm以下，而天线的标志线应该保证指向正北方。在使用GPS测量仪器以前，应该对仪器进行检定，使用之后按照要求及时维护和保养。所有水利测绘项目中都会利用GPS接收机、天线等，因此应该严格按照规定对其开展观测前后的检验。待检验通过以后，在其有效期内合理使用。若如果使用期间存在故障，应该立即检查，延长机器使用时间。除此之外，测量过程如果对流层、电离层等发生折射，也会导致测量结果出现误差。因此，为规避测量距离产生的误差，可借助同步测量的数据求差方法，在天线上设置抑制板，抑制没有价值的反射信号，还可借助同步观测、双频观测等方法，进一步减小误差。针对相对卫星导致的测量误差，可设置多个观测站，观测同一卫星，有效减少测量误差。测量过程还可能由于相对论效应导致卫星、接收机等产生接收误差，因此观测期间，针对接收误差，相关人员要谨慎处理，避免由于上述误差影响GPS测量结果准确性，充分利用该技术对水利项目开展精准测绘。

5GPS高程测量未来的发展前景

部分水利工程地处偏远地区，不但地形复杂，而且交通十分不畅，测量高程信息较为困难。对比于传统的测量方法，GPS测量不必利用通视，并且测量结果准确，人员工作强度相对较低。虽然GPS在测量方面拥有便捷性和准确性等优势，但也容易受到极端天气的影响，还可能受到对流层、电离层的影响导致出现测量误差。因此，还需合理规避测量过程各项不利因素，关注测量细节，完善相关流程，让测量工作更加高效。

结束语

总之，GPS测量在水利测绘项目中的应用能够有效减少测量人员工作量，并且提高测量精度，有助于水利测绘工程的发展。工程测绘领域人员高度重视对该技术的应用，规范应用流程，发挥此技术的应用优势，提高水利测绘工作质量，为工程顺利完成建设奠定良好基础。

参考文献

[1]李正威,李昆.GPS高程测量在水利测绘工程中的运用[J].长江技术经济,2020,4(S1):72-75.

[2]刘伯函.GPS高程测量技术在水利工程测量中的应用[J].住宅与房地产,2017(9):249.