GPS技術在水利工程地質測繪中的應用

宋波

摘 要：GPS，即全球定位系統。應用于水利水電工程地質勘察測量及定位控制，傳統方法進行勘測，跨河、跨溝水準難以傳遞，GPS則可以在高程控制方面較好地解決這個問題。另外，有時，勘察區控制點較少，或在山區、林區等進行勘時，通視條件較差導致觀測條件受限，運用GPS則可解決這些困難，提高測量精度，還可以大大減少作業時間。由于水利建設的特殊性，信息技術在水利工程地質測繪中一直應用較為廣泛。本文就以GPS新技術在水利工程地質測繪中的應用為例對計算機軟件在水利工程中的應用作了淺論。

關鍵詞：水利工程；地質測繪；GPS；新技術

1 前言

社會的進步使水利工程發展迅速，并且在當今的經濟發展中占據著重要的地位。GPS 測繪技術使水利工程的設計、規劃、測量、施工等更趨于科學化，可以全方位地進行水利工程的運行與管理。論文探討了 GPS 技術在水利工程地質測繪中的主要運用。GPS 測繪技術具有廣泛的發展前景，將會隨著各個工程的需要，在功能等方面不斷完善與發展。

2 GPS 技術的概述

GPS 技術是應用美國的衛星定位技術。它具有很高的精度自動化程度相當高。其起源于美國海陸空三軍方為了軍事斗爭而研制的定位系統。當時的主要目的是為了在海上、天空及陸地上提供全天候和全球性的服務。軍隊之間還可以進行實時通訊，相互交換情報。其基本原理是通過測量被測物體所帶的接收機與定位衛星距離，從而確定被測物體的經緯度。其具有速度快，精度高的優點。隨著科學技術的發展，GPS 也逐漸在民用方面推廣，現已經廣泛應用在交通導航及海上導航方面。近幾年來，在地質測繪也開始廣泛應用。GPS 系統主要由三大部分組成，包括空間部分、地面控制系統及用戶設備部分。空間部分主要由21顆工作衛星和3顆備用衛星組成[1]。均勻分布在6個軌道面上。用戶無論全球各地都能搜索到4個以上的衛星。地面控制系統有主控站、監測站和地面天線三部分組成。主要負責收集衛星數據，監測衛星實時狀況。用戶設備部分實際上就是信號接收機，用于獲取當前用戶的位置。GPS 技術可以很好地應用在水利水電工程的地質測量及定位控制中。傳統的測量在遇到復雜的地形時，其精度顯著下降，而 GPS 可以完美地解決這個問題[2]。此外在惡劣的環境下，比如人煙稀少的地方，這樣的地方不便于人工勘測。使用 GPS 技術可以將問題迎刃而解，這樣便可以減少人工成本，而且可以提高測量精度。

3 GPS 測繪技術的優勢

在水利工程建設中，GPS 測繪技術具有多方面的優勢。例如，GPS 運用的是載波相位差分技術，定位精準度極高，普通探測儀只可精確到 5cm，而 GPS 定位甚至可以細微到 1cm。而且 GPS 測繪過程不必維持觀測間距，操作簡單，只需將其與開機電腦相連即可使用。GPS 測繪對天氣沒有特別的要求，任何惡劣天氣都可順利工作，大大提高了測量與工程作業的進度。在繪圖方面，GPS 配置了高自動化的繪圖功能，可自行處理數據進行成圖計算。GPS 測繪技術為水利施工中渠道、閘門、堤壩的建立提供了技術支持。隨著水利工程的不斷發展，施工隊對硬件的測繪儀與軟件的數字化測繪的要求更高，GPS 測繪技術也將在實踐應用中不斷完善，得到更廣泛的應用[3]。

4 GPS 技術在水利工程地質測繪的具體措施

現在，大量計算機軟件應用于水利行業，為水利工程建設做出了卓越貢獻。隨著我國國民經濟的飛速發展，水利工程建設項目也無論從深度、廣度以及精度方面都對工程地質勘測提出了更高的要求。面對勘探深度的加大，對勘探分辨率要求的提高，為了滿足水利工程地質勘測技術的要求，GPS 被越來越廣泛地應用于水利水電工程地質勘察測量及定位控制工作中。

4.1 根據實際需求，確定項目的任務和規模

由于根據項目任務要求的不同，對 GPS 技術的要求也是不同的。首先根據水庫的實際情況，確定實施任務書。比如若以防洪為主的水庫，必須將防汛調度的功能列為第一，以此為目標建立水庫自動測報系統的。對于綜合水庫的建設，則需要考慮其蓄水和排水能力，計算其排水蓄水能力，確定水庫規模，在計劃的過程中，需要充分考慮實際工程的工作量，監測配置的數量以及遙控遙感工作的分布[4]。

4.2 合理布局 GPS 遙測站

在建設 GPS 遙測站時，需要事先充分考慮雨量站。流量站及水位站的分布。還需要根據建設的目的，當地的水文狀況和現有遙測站的分布狀況來確定。GPS 遙測站的分布一般需要滿足以下條件：①遙測站的選址需要具有預報當地水文狀況的要求，還需要考慮當遇到惡劣天氣如洪水，臺風時的可靠性，并能實時進行預報調度。②遙測站需要有一定的擴展性，在能完成自己的工作情況下，還能承擔一些其他任務，比如測量當地雨量。③對于一些特殊的河流流域需要采取一些特定的措施，比如在雨量密集的地方，增加遙測站，以提高數據的可靠性。在本水利工程中，GPS 要測站的布局便選用網連式布設測繪網，加強了測繪站的幾何強度，進而提高了 GPS 測繪站的精度以及可靠度，保證了水利工程的高效完成。

4.3 合理確定遙測站的數量及配置

根據當地實際狀況確定設備的數量及配置。在雨量站，根據實際的將于情況確定對應精度的雨量計。根據以往經驗，中小型水庫選擇0.5mm，大型水庫選擇1.0mm。水文的觀測計需要根據實際情況選擇不同類型的，如壓力式或光電式。需要參考的因素有河床情況，及當地土質因素。本次水利工程屬于中小型水庫，故選擇0.5mm，水文觀測計選擇的是壓力式。

4.4 充分利用 GPS 技術

在實施工程中，需要將GPS技術和傳統的物理測量技術相互結合。充分利用 GPS 技術的特點。對于不同的水文信息，需要進行全面測量，防止出現錯誤。至少需要使用5顆以上的衛星，才能準確的定位。合理運用GPS系統中的計算機繪圖功能和虛擬成像技術可以對當地地線及水文資料進行實時動態測量。對一些復雜的地形，可以通過GPS進行3D成像，這樣觀測者便可以非常直觀地了解當地的水文情況。

5 結語

計算機技術在中國工程項目上的應用，水利領域就是其中之一。為了充分發揮 GPS 測繪技術的優勢，在實際的應用過程中，離不開 GPS 控制網的完善搭建，并以此為基礎，進行科學的選點并在觀測后對數據進行計算。每個新工程項目使用GPS 進行勘測繪圖時，都需要建立區域控制網，GPS 測繪控制網的搭建是以分級的方式實現網絡層次構建的。根據各個階段的不同狀況，及時對控制網進行優化調整，參數的設置和分段復審能減少網變誤差，便于地質勘測數據信息的有效處理。控制網的連接方式分為邊連式和網連式，水利樞紐和橋梁隧道進出口間的連接方式最好采用網連式，以增加檢核條件，提高可靠性。基于 GPS 技術的運用，能借助相應的控制系統提高勘察測繪的效率與質量。該技術將成為水利工程地質測繪技術發展的新趨勢。

參考文獻：

[1] 黃春琳.淺談水利工程地質勘測及工程地質環境[J].電子制作，2013（24）：228.

[2] 林紅.對水利水電工程地質勘測方法與技術應用的研究[J].中國水運（下半月），2013（6）：231～232.

[3] 徐偉偉.水利水電工程地質勘測方法與技術應用[J].科技創新與應用，2012（27）：211.

[4] 李榮偉，侯恩科.水利水電工程地質勘測的主要方法及其發展[J].四川水力發電，2007（6）：89～92.