GPS在水利水電工程測量中的應用

鄒玉蘭

摘 要：目前應用在水利水電工程測量中的測量技術眾多，但使用較頻繁的技術之一便是GPS測量。本文將從分析GPS測量在水利水電工程測量中的運用優勢入手，對水利水電工程測量中GPS測量的實際運用進行簡要分析。

一、GPS測量運用在水利水電工程測量中的優勢

Global Positioning System即全球定位系統，也就是GPS，誕生于上個世紀九十年代，通過利用內部的三個部分即空間、地面控制以及用戶部分，由地面控制系統接收從空間衛星群發射的衛星信號，并根據其獲得的相關測量數據，自動進行分析和處理計算數據的工作，最后將計算得到的位置信息、空間信號等反饋至用戶設備處，進而幫助測量人員準確獲取三維定位。通過在水利水電工程測量中運用GPS測量，工作人員可利用專業化的測量工具和測量技術，在短時內自動獲得具有極高精確度的三維定位，其快速的處理速度使得GPS測量即使是在衛星信號缺乏穩定性的情況下，仍能精確、高效地完成測量工作。有數據證明，在水利水電工程測量中運用GPS測量能夠至少提高七成的測量效率[1]。另外，GPS具全天候的優勢特點，可24小時不間斷進行測量工作，且其操作簡便，因此較適合用在水利水電工程測量中。

二、運用在水利水電工程測量中的GPS模式分析

（一）快速靜態定位

GPS測量運用在水利水電工程測量的過程中，常見的一種應用模式是快速靜態定位模式，該模式下需在完成基準站觀測數據接收工作的同時，還需負責接收同步衛星觀測數據，并即刻對整周未知數以及用戶站三維坐標進行求解計算，所有流動站中均需安裝GPS借手機設備，負責靜止觀測和接收各項相關信息數據。在結果基本無明顯變化下，工程測量將獲得精確度較高的測量結果。考慮到水利水電工程不同于普通工程，常受到環境因素的影響，因此為有效避免自然條件因素對工程測量產生相應干擾，故在水利水電工程中常使用GPS快速靜態測量的方式加密控制點、測量導線，以獲良好測量成效。

（二）動態定位模式

動態定位模式同樣也是GPS測量常用的一種工作模式，其定位精度為毫米級，能有效保障測量定位的精確性。在這一模式中，通過對某控制點進行短短幾分鐘的靜止觀測，流動站將會與基準站實現數據的同步觀測。如有特殊要求，也可通過輸入規定的采樣間隔時間，同時對采樣點具體的空間位置進行有效明確，便可通過一種自動化的方式完成數據觀測。相比前文提及的GPS測量應用模式，動態定位模式的測量精度更小，基本能控制在一厘米到兩厘米之間，且在進行測量時并不會受干擾，因此絕大多數的水利水電工程中更傾向于使用動態定位模式的GPS測量代替傳統的測量儀器。

三、GPS測量在水利水電工程測量中的實際應用

（一）控制網

工作人員要結合具體的工程情況以及工程所在位置的地理環境設計和選擇控制網。而為有效保障測量速度和精確程度不受影響，在應用GPS測量的過程中，工作人員需按先整體后局部、先控制后碎部的原則，根據水利水電工程情況的不同，控制網也大相徑庭。其中三角形網具有精度分布均勻的特點，尤其是穩定的幾何結構使得三角形網不易受到其他外在因素的干擾，加之三角形網帶有自檢功能，可在一邊測量的同時一邊檢測是否存在缺陷，進而有效保障控制網的安全可靠。一般在例如三峽水利工程、蓮花臺水利工程等規模較大、地勢相對比較開闊的水利樞紐工程、水閘等工程中常選用三角形網。但三角網的工作量相對較大，且在運用過程中需占較長觀測時間，接收機數量也必須與規定要求完全一致，進而有效保障可在規定測量時間內完成水利水電工程的測量工作。

而環形網雖然缺乏三角網那般穩定的結構，但其本身的閉合環結構，其中的眾多獨立觀測邊可有效增強測量的安全性，并有效減少工作人員的測量工作量。因此在處于山區和丘陵等地形比較復雜、規模相對較小的水利水電工程中會選擇使用環形網。另外，還有一種星形控制網，相比于其他圖樣的控制網，星形控制網的工作量相對較小，操作更加簡單便捷，但其也存在缺乏較高精確度和自我檢測能力的問題，因此幾乎不會被運用在大中型水利水電工程中。

（二）高程系統

一項十分重要的測量內容是高程系統的測量，通過對高程系統進行精確測量，能有效幫助工程人員算出具體的水利水電工程量，及需規劃的區域內的水位線，從而有效保障工程能用最少的成本完成高質量的工程建設[2]。但由于水利水電工程的特殊性，因此使得大多數此類工程往往會建設在地勢條件復雜多變、自然環境相對惡劣的地區，而這也為高程系統的測量增添了一定困難。但通過運用GPS測量，結合工程情況建立起相對應的控制網，利用兩三臺測量儀器即可利用衛星信號和GPS測量中的自動測算功能，在與衛星軌道等相關重要參數進行充分結合后，即可獲得精確度極高的測量數據和三維坐標，進而有效完成水利水電工程的測量工作。如在某大型水利水電工程中，擁有包括高程在400m左右的廠房、長度約為2m的引水隧洞等在內的眾多建筑物，工作人員通過選擇建立閉合環，并對計量誤差進行調整之后，利用GPS接收機以及Ashtech solutions GPS專業軟件進行數據的計算和處理，從而在總共觀測的200調基線中，只有5條未能成功檢測，另有8條誤差值比較大，其余187條基線均可被用作獨立觀測量。

（三）變形監測

變形監測通過及時監測各種與變形有關的信息，一旦發現變形信息超出規定值，則表明水利水電工程此時存在較大的變形隱患，需得到工作人員的及時處理。通常情況下，我國水利水電工程都會建設在城市邊緣區，且體積相對較大，如果水利水電工程出現變形等嚴重質量問題，不僅會直接影響到工程的順利建設和具體使用，同時也會對周圍居民的生命財產安全造成巨大威脅。因此為避免在水利水電工程建設施工過程中出現包括邊坡塌陷等在內的安全事故，影響工程及施工人員的安全，需通過水利水電工程測量對觀測點中的變形信息進行實時觀測和獲取。但考慮到傳統的測量方法中常需要如全站儀、測距儀等眾多測量儀器，雖然能夠較好完成測量工作，但不利于測量成效的提升。因此通過運用GPS測量，即結合工程實際選定觀測點，并在此之上安裝接收機，即可自動化地完成采集、處理和分析變形信息數據的工作，且其精確到毫米級的高精度能夠真實反映出觀測物的沉降、變形情況[3]。

（四）數據處理

水利水電工程測量結果能否保障較高的精確度，很大程度上受其測量數據分析能力的影響，因此將GPS測量運用其中即可。通過結合工程實際挑選出測量數據的原始數據，并對其進行篩選和分類整理，此后通過自動進行平差計算，獲得整體平差，最后使用GPS測量中的自動轉換功能，完成工程所在地坐標與GPS網的坐標轉換后，再進行自動化的數據分析與處理即可為工程人員提供精準的測量數據。以某水利工程為例，它需完成兩個跨河水電站的建設工作，其裝機容量分別為10萬kW和5.5萬kW，取水口高度則分別為657m和450m，其引水隧洞的長度則分別為5.65m和2m，高程控制點和平面控制點相重合。通過在該水利水電工程中運用GPS技術完成測量工作，在同時使用六臺GPD接收機之下，使得任意一條基線上都可擁有兩個觀測時段，每一個觀測時段可保障擁有100分鐘以上的觀測時間。整個水利水電工程中，通過運用GPS技術總工設有兩百條觀測基線，其中有十條基線檢測失敗。據最終觀測結果顯示，GPS短基線在精確度上存在差異性，而高程測量的精確度基本與幾何水平相同。

參考文獻

[1]柴家恒. GPS測量技術在水利水電工程測量中的應用實踐研究[J]. 科技創新導報，2015，34：53-54.

[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，2015，02：37-38.

[3]王斐，趙曉微，周璐. GPS測量技術在水利水電工程中的應用[J]. 吉林農業，2015，21：81-83.

（作者單位：四川省水利水電勘測設計院測繪分院）