GPS技術在水利工程測量中的應用

摘要：水利工程是一項關系到國計民生的工程項目，在工程測量中如果將先進的 GPS 技術運用在其中，便能更好地滿足工程測量的工作需要，進而使水利工程建設中工程測量工作效率和質量得以提高。

關鍵詞：GPS技術；水利工程；測量；高層；地形

一、GPS技術在水利工程測量中的優點

（一）測量效率高、速度快

如果將GPS 技術應用在水利工程的測量工作中，將測量基站架設在四等水準精確點之上，讓流動站能夠附于工作人員的身上，從而極大地提高了測量速度。通常情況下，只需要短短的幾秒時間就能夠給獲得測點定位，一般 10 min 以內就能夠完成測量GPS 技術使得水利工程的測量效率得到了很大程度的提高。

（二）精確度高、數據可靠

GPS 技術自身有一個非常突出的特點就是不會受天氣狀況的影響，無論天氣如何都能夠提供實時的、準確的時間、三維位置及速度。因此，如果將 GPS 技術應用到水利工程的測量工作中，除了能夠提供一般的測量數據以外，還能夠精確測量測點的三維坐標，數據較其他技術更為可靠，在高程測量中甚至能夠精確到厘米，且精確度非常之高。

（三）降低工作量和測量成本

在水利工程的建設過程中，工程的測量工作會受到很多因素的影響，如果僅采用普通的測量技術便會受到地形、天氣狀況等因素的限制，因此，在這種情況下，如果想要使所獲得的數據更加準確，測量工作人員的工作量就會增大，測量周期也會延長，使得測量成本不可避免的增高。但是，如果采用先進的GPS 技術進行工程測量，由于不同因素的影響，可以順利地完成對環境情況較為復雜的大面積測量，滿足水利工程中的測量要求，并能夠有效地降低測量工作人員的工作量，縮短工期，從而降低測量成本。

二、GPS 技術概述及其在水利工程測量中發展現狀

目前，對水利工程測量工作的重視度越來越大，在水利工程測量工作中選擇好的測量技術和方法已經成為工作的重點內容之一。

越來越多的新技術和新方法被發現并運用到水利工程測量工作中。GPS 技術也就是在不斷的發展中出現的。GPS 技術在水利工程測量中，以其高效率，低成本，高精度，不需要通視等特點受到人們的歡迎，在水利工程測量中得到不斷的應用。

GPS 就是全球定位系統的簡稱，它是無線式導航系統，其系統基礎為已經發射的地球衛星。我國測量采用的是美國發射的 24 顆導航衛星。通過測量地面三維坐標來實現導航或者定位。

隨著我國社會經濟的不斷發展，我國水利工程測量工作面臨著越來越多的機遇以及挑戰，因為GPS 技術具有突出的優點，因而 GPS 測量技術在水利工程測量中得到了越來越多的應用。GPS 技術在水利工程中的初級應用是：

1、用 GPS 靜態或者快速靜態方法建立沿線總體控制測量。

2、在水利工程施工階段為閘門、渠道、堤壩建立施工控制。而更高一級的應用是在水利工程測量中采用RTK 技術，即所謂的實時動態定位技術。它將在水利工程測量中具有更加廣闊的應用前景。

三、GPS技術在水利工程測量中的應用

（一）高程測量

GPS 技術在高程測量中主要是對地面的測量點進行三維定位，測驗人員可以直接分析解讀衛星所發射出的點播信號，進而讀出所有地面目標測量區域內測量點的大地高，接著再通過水準測量的方法測量出高程異差和正常高，這些步驟完成之后，可運用 GPS 水準高程測量方法對區域網內的公共點的正常高進行聯測，在得出公共點的高程異差之后，利用數據擬和的方法得出地面目標測量區域其他測量點的正常高。

（二）地形測量和變形測量

1、地形測量

在水利工程的測量過程中，水下地形測量工作的難度較大，同樣，如果采用 GPS 技術也可有效地解決傳統測量方法所遇到的問題。在水下地形測量過程中，在測量水深之前可以先在水下放置兩個 GPS 接收機，然后將測量所得的數據進行計算得出參數，再對水下測量點進行定位測量，通過轉化參數得到水下深度等數據，最后運用相關的軟件將各項數據進行整合，得出水下地形圖。

2、變形測量

在水利工程中，對于水利建筑的地基、水庫大壩以及堤壩外圍地面等是否有變形的情況進行監測也非常重要。在變形測量中運用 GPS 技術，可在遠離水利建筑的位置放置 GPS 接收機，同時選擇幾個固定的基準點，并在已經出現變形情況的區域內放置 GPS 定位，同時選擇測量點。通過自動的測量，將測量數據不間斷地傳輸到數據處理中心，再經過計算得到變形情況的相關數據。將 GPS 技術運用到變形測量中，使得測量難度較大地降低，提高了水利工程測量效率。

（三）渠道管線測量

渠道管線測量作為水利工程測量中的一個重要組成部分，其本身有著分布散亂、線性放射的特點，因此導致這一部分的測量工作所需的人力物力和時間較大。在利用 GPS 技術進行測量時，只需要有設計高程、轉角等相關的技術參數，就能夠非常準確地確定測量點，無須浪費人力和物力，有效地減少了工作人員的數量和工作量，并節約了技術設備資源。

四、案例分析

（一）工程概況

為滿足某水利工程測區預、普查設計的需要，對該區進行 E 級 GPS 靜態控制測量。主要的任務見下表 1。

表1 主要的任務

針對該項目，通過現場踏勘，圖上作業，制定本項目技術方案。某水利工程測區的總體地勢中部低，南北兩端相對高，以中山—中低山地貌為主，巖溶地貌發育；山地約占 29%，丘陵約占 12%，山間平壩約占 59%，平均海拔自南向北從395 m升至575 m。

最高處位于勘查區東北部的三角坡，海拔575 m；最低處位于西南出境處，海拔395 m。最大相對高差180 m，一般在 50 ～150 m，區內碳酸鹽巖廣布，暗河、溶洞、石林等巖溶地貌發育。

（二）本測區已有資料分析和利用

本測區已有1∶10 000地形地質圖，作為踏勘、測區范圍確定以及控制測量圖上設計的工作用圖。起算坐標見表 2。

表2 起點坐標

（三）E 級 GPS 控制網的布網原則

普查區計劃布設20個E級控制點。采用中海達F61靜態GPS接收機進行控制作業。靜態控制點編號采用E級網的字母GPS+順序號。

對于該測區所布設的GPS控制網，考慮到便于工程點的測繪和以后施工的方便，為減少測區投影變形，采用自定義橢球參數，即：長半徑a=6378140；扁率α=1/298.257投影面為參考橢球面；投影帶：3°帶；投影高：H=0m，中央子午線經度108°。

按照相關規范和要求GPS網相鄰點間距滿足下表要求，特殊地方可以適當放寬，當與已知點聯測時個別點位于測區較遠時，可以放寬2倍。

GPS 網由非同步獨立邊構成多邊形閉合環，布網中以測區實際情況為主，適當考慮交通情況以便于施測，初步設計首級網形圖，實際布網時，經技術審核人同意后，根據實際情況可適當改變。

（四）觀測要求

GPS網觀測的空間距離中誤差δ=± ，對于該測區的 a、b 值，由接收機確定，其中 a = 5 mm，b = 1.5ppm，d為該測區所布網對應等級的平均距離。

點位的選擇要利于其他測量手段擴展和聯測，要求點位堅實穩定，易于長期保存。點位必須利于觀測，視野開闊，避免干擾，并且至少和該網中一個點相通視。

野外數據采集時，觀測員應嚴格按照觀測計劃規定的時間作業，確保同步觀測，當接收機預置狀態正確后，才可啟動接收機。

天線安置按照 GPS 相關測量規范，天線安置對中誤差≤3 mm，天線安置好后，在各觀測時段前后各量取天線一次，且互差≤3 mm，最終天線高取兩次平均值。接收機啟動正常后才可記錄數據。

在觀測過程中觀測員要時時查看接收機狀態，若發現異常，應作好記錄，并采取相應處理措施。同一觀測時段中，不得改變天線方向；不得關機；不得碰動天線。

觀測記錄必須如實填寫，不得涂改，不得測后補記錄；經檢查所有作業項目均完成并符合要求后，方可搬站。

結語

綜上，綜上所述，GPS 具有非常突出的特點，并且具有較好的運用效果。在水利工程測量工作中，必須加強 GPS 技術運用的研究，對 GPS 測量方法進行充分的掌握，為今后的水利工程測量定下基礎。在進行GPS 技術的運用過程中，必須對測量結果的精確度以及實用性進行保證。

參考文獻：

[1]張衛東.淺析GPS技術在水利工程測量中的運用[J].河南水利與南水北調.2012（24）

[2]高連勝.GPS技術在水利工程測量中的應用[J].測繪與空間地理信息.2010（03）