GPS測量結(jié)合三角高程用于水利水電工程測量的實驗研究

摘 要：在我國國民的經(jīng)濟建設(shè)當中，水利水電工程屬于一項和國民生產(chǎn)生活密切相關(guān)的工程。在水利水電工程測量中，有控制測量、地形測量、施工測量、水下測量、竣工測量和變形監(jiān)測等幾部分內(nèi)容，大量采用新儀器、新方法，對線路測量、地籍與界線測量、施工測量、計量測量等方面內(nèi)容進行了涵蓋。文章首先對水利水電工程常用的測量方式進行了簡單的概述；而后對GPS高程測量技術(shù)的系統(tǒng)和方法進行了詳細的分析；最后對GPS高程測量結(jié)合三角高程技術(shù)在水利水電工程當中的具體應用進行了詳細的論述。

關(guān)鍵詞：GPS測量；三角高程；水利水電工程測量

我國的水利水電工程，大多建設(shè)在山高坡陡、河谷切割較深、交通不便、國家水準點稀少的地方，在這種條件的限制下，在工程方面的高程測就會變得相當困難，但是對于水利水電工程的測量要求是相當嚴格的。現(xiàn)階段，高程測量主要采用常規(guī)的幾何水準和光電測距三角高程測量方法來進行測量，但是比較費工、費時以及費力。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，GPS測量集合三角高程測量方法可以很好的替代傳統(tǒng)的地面平面控制測量。

1 水利水電工程常用的測量方法

1.1 控制測量技術(shù)

現(xiàn)階段我國的控制測量技術(shù)已經(jīng)在傳統(tǒng)控制測量技術(shù)的基礎(chǔ)上向現(xiàn)代測量技術(shù)進行過渡，也就是以GPS等空間定位技術(shù)為主、傳統(tǒng)測繪方法為輔，利用三維左邊來對空間點位進行快速高效、高精度確定。在水利水電工程控制測量中按水利水電工程階段和服務內(nèi)容進行劃分，可以分為測圖控制網(wǎng)和專用控制網(wǎng)兩種類型，包含平面控制和高程控制兩方面測量技術(shù)。

1.2 數(shù)字地形測繪技術(shù)

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，許多現(xiàn)代的數(shù)字測繪方法被廣泛應用到測繪工作當中，現(xiàn)在我國已經(jīng)開發(fā)出具有自主知識版權(quán)的優(yōu)秀數(shù)字成圖軟件，可以采用三維測繪技術(shù)，在滿足地形圖和專業(yè)圖測繪成圖的同時，還可對GIS的前端數(shù)據(jù)進行采集與更新。現(xiàn)代數(shù)字化測繪技術(shù)作業(yè)模式采用的方式有電子平板模式、數(shù)字測記模式和數(shù)字攝影測量模式。

1.3 變形監(jiān)測法

變形監(jiān)測又可以稱之為變形測量或變形觀測，即為對被監(jiān)測對象或物體進行測量，從而對其空間位置及內(nèi)部形態(tài)的變化特征進行相關(guān)確定。變形監(jiān)測按其變形監(jiān)測部位分為外部變形監(jiān)測和內(nèi)部變形監(jiān)測兩部分。外部變形監(jiān)測可以按變形方向?qū)λ轿灰票O(jiān)測和垂直位移進行相關(guān)監(jiān)測。在外部變形監(jiān)測包括變形監(jiān)測基準網(wǎng)測量、工作基點測量、變形體變形監(jiān)測、監(jiān)測資料分析等相關(guān)內(nèi)容。

1.4 水下地形測量技術(shù)

現(xiàn)代的水下地形測量技術(shù)當中，應用比較廣泛的有DGPS、GPS RTK 及 CORS系統(tǒng)配合多波束測深儀。DGPS是以某已知點作為基準點，當基準點的GPS接收機連續(xù)接收衛(wèi)星信號的時候，就可以和已知點的位置進行比較，從而將修正過的信號及時返回給用戶接收機[1]。

2 GPS高程測量技術(shù)

GPS高程擬合法，即為在范圍不大的區(qū)域中，在區(qū)域之內(nèi)的高程異常具有一定的幾何相關(guān)性原理的基礎(chǔ)上，用數(shù)學的方法，對正高、正常高或高程異常進行求解。在實際的測量工作中，一般采用在水準點上進行GPS點的布設(shè)或?qū)PS點進行水準聯(lián)測的方法來獲得更好的擬合結(jié)，在這個過程當中布設(shè)的已知點在數(shù)量多的同時，還要保持分布均勻，這樣就可以將整個GPS網(wǎng)包圍起來。GPS高程測量的精度主要跟大地高和高程異常的精度是有著字節(jié)的關(guān)系的，GPS測定的大地高的精度可以達到2～3ppm。如果高程測量出現(xiàn)誤差的情況，一般情況是由水準測量誤差和擬合誤差兩部分因素形成的。水準聯(lián)測的精度在一般情況下是容易保證的，因此擬合精度就對高程測量的誤差有著極大的影響，和水準聯(lián)測的點位分布、密度以及擬合的模型等有關(guān)[2]。

3 GPS高程測量結(jié)合三角高程技術(shù)的具體應用

在某工程當中，該工程位于高山峽谷之中，每年的夏季暴雨時節(jié)，就會產(chǎn)生水位猛漲的現(xiàn)象，給當?shù)匕傩蘸娃r(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成很大經(jīng)濟損失。在對該工程進行測量的時候，需要對包括建立庫區(qū)和壩址進行控制測量，對1∶2000的庫區(qū)地形圖進行有效測量，對1∶500的壩址地形圖以及水文斷面進行測量。

在該工程當中，設(shè)有6個GPS控制點，選擇HN03和HN08兩個點作為本次GPS控制網(wǎng)的起算點。這兩點都位于河的左岸，分別位于老江底水壩的下游和上游，且能相互通視。

為了控制縱橫方向的誤差，在進行觀測的時候除了要按照網(wǎng)形開始從起始邊逐漸以邊連式方式向外推進的同時，還要對每隔一對GPS點進行一個時段的觀測。該工程的控制網(wǎng)設(shè)計的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 控制網(wǎng)的設(shè)計參數(shù)

根據(jù)表1中可以對GPS網(wǎng)形的總體可靠性和重復基線數(shù)的占獨立基線數(shù)的比例進行計算。在對控制網(wǎng)按照設(shè)計的路線和時段進行觀測的時候，觀測的主要技術(shù)要求如下表2。

表2 控制網(wǎng)觀測的主要技術(shù)要求

通過全站儀三角高程測量的外業(yè)觀測嚴格規(guī)范進行測量，分別對左右兩條線路進行測量，觀察的最大值和最小值如表3所示。

表3 對向觀測高差較差

根據(jù)《水利水電工程測量規(guī)范》的規(guī)定，每千米高差中數(shù)中誤差應小于±10mm。從上面的表格中可以看出該工程當中的三角高程測量已經(jīng)達到了四等水準的精度。在對其他GPS點的高程在GPS控制網(wǎng)平差計算時，只要在軟件當中輸入其他控制點的高程，在結(jié)合當?shù)馗恼那闆r下對其他各點的高程進行擬合即可。在經(jīng)過很多實驗計算之后，如果高程控制點在控制網(wǎng)中可以進行恰當?shù)姆植迹涂梢宰畲笙薅鹊谋ＷC高程的擬合精度。

從上述工程中可以看出，通過GPS靜態(tài)測量方式來進行建立山區(qū)水利工程控制網(wǎng)屬于一種高效可行的方法。在進行工程建設(shè)的過程中，要充分保證控制網(wǎng)的可靠性和提高網(wǎng)點的精度，就必須對選點布網(wǎng)按照要求規(guī)范來進行觀測，與此同時對于多余觀測和重復基線數(shù)量應滿足30%和10%的要求[3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，我國的測繪新技術(shù)發(fā)展和測繪新設(shè)備應用也在不斷地發(fā)展著，水利水電工程測量技術(shù)得到了日新月異的發(fā)展。因此，在今后的水利水電工程測量技術(shù)發(fā)展趨勢和方向當中，將會實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)采集和處理的自動化、實時化、數(shù)字化，并且可以對測量數(shù)據(jù)進行科學化、標準化、規(guī)格化的管理；與此同時，測量數(shù)據(jù)傳播與應用也會逐漸變得網(wǎng)絡化、多樣化、社會化。

參考文獻

[1]熊群，汪細剛.水利水電工程測量技術(shù)的研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，12：86.

[2]李冬韓.GPS測量在水利水電工程測量中的應用探析[J].河南水利與南水北調(diào)，2015，2：37-38.

[3]覃鋒，羅天文.水利工程GPS控制網(wǎng)和三角高程測量的布設(shè)及精度實例分析[J].中國農(nóng)村水利水電，2014，10：142-145.

作者簡介：柴家恒（1978-），男，漢族，大專，云南省宣威市人，工程師，主要從事水利水電工程測量工作。