淺談GPS 在水利工程施工測(cè)量中的應(yīng)用

李 猛，劉紅玲

（青州市黑虎山水庫(kù)水利工程建筑安裝公司，山東 濰坊262500）

水利工程具有施工范圍廣、野外作業(yè)、地形復(fù)雜等特點(diǎn)。GPS 測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用極大地降低了水利工程施工測(cè)量工作的強(qiáng)度，提高了工作效益。本文結(jié)合水利工程施工實(shí)例，介紹了GPS 在水利工程施工中一些實(shí)際應(yīng)用。

1 GPS 在水利工程中的應(yīng)用

1.1 土石方開(kāi)挖工程中斷面測(cè)量

1）原始斷面測(cè)量。在土方工程開(kāi)工之前，首先要制定合理的測(cè)量方案，確定最合理的起始直線L1，沿直線記錄高程點(diǎn)h，沿線的高低起伏處要增加測(cè)量點(diǎn)，直線起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)必須覆蓋土石方工程施工工作范圍。確定測(cè)量間距d，然后用GPS 的直線放樣功能平行于L1 割斷面，依次記錄L2、L3……Ln 直線上的高程，繪制出原始斷面測(cè)量圖。

2）竣工斷面測(cè)量。土方工程施工完成后，利用GPS 的放樣功能找出原始斷面測(cè)量中確定的直線L1?？⒐y(cè)量標(biāo)記為直線L1′，同樣是沿直線記錄高程點(diǎn)h，起伏處多測(cè)，平緩處少測(cè)，記錄出L1′線上的高程點(diǎn)后，用GPS 的直線放樣功能，每間隔間距d，平行于L1′割斷面，一次記錄L2′、L3′……Ln’直線上的高程，繪制出竣工斷面測(cè)量圖。

3）土石方工程量計(jì)算。利用CAD 繪制的原始斷面測(cè)量圖和竣工斷面測(cè)量圖中每一條直線的原始L1 與L1′，L2 與L2′……Ln 與Ln′斷面的面積差，記為S1、S2……Sn。計(jì)算兩個(gè)斷面差的平均值作為平均面積，即S1′=（S1+S2）/2，S2′=（S2+S3）/2……Sn′=（Sn+0）/2，土石方工程量V=（S1′+S2′+……Sn′）*d。

1.2 施工定位放線和竣工圖繪制應(yīng)用

根據(jù)已知的基準(zhǔn)點(diǎn)，用GPS 中的求轉(zhuǎn)換參數(shù)功能，建立坐標(biāo)系。利用CAD 軟件讀出設(shè)計(jì)單位所給圖紙的坐標(biāo)，輸入GPS 坐標(biāo)庫(kù)中，用點(diǎn)放樣功能，進(jìn)行平面坐標(biāo)放樣。此方法適合于水利工程中基礎(chǔ)和擋墻施工放樣定位，尤其適合現(xiàn)場(chǎng)曲線放樣。

工程完工后，根據(jù)工程實(shí)際情況，用GPS 的點(diǎn)測(cè)量功能，將完工的建筑物或構(gòu)筑物的輪廓讀取出來(lái)，然后導(dǎo)出至電腦，用CAD 軟件繪制出工程竣工圖。此功能特別適合于輸水管道工程施工。

2 GPS 的基本原理和優(yōu)勢(shì)

2.1 基本原理

GPS 定位分為三大類：第一類是位置差分；第二類是偽距差分；第三類是相位差分。以上三類的GPS 定位原理是一致的，即基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，隨即用戶站接收信息，并修改信息，進(jìn)而獲得準(zhǔn)確的定位。

2.2 土方工程用GPS 計(jì)算工程量的優(yōu)勢(shì)

1）以往水利工程施工中斷面測(cè)量較常用的全站儀測(cè)量，全站儀測(cè)量必須保證測(cè)量點(diǎn)和全站儀之間保持通視，如不通視則必須轉(zhuǎn)點(diǎn)測(cè)量，而轉(zhuǎn)點(diǎn)帶來(lái)的誤差不可避免，因而從精度上GPS 要優(yōu)于全站儀。雖然GPS 高程精度不太高，但相對(duì)于土石方開(kāi)挖工程這種大方量基數(shù)來(lái)講，精度要求滿足工程計(jì)量需求。更重要的是，GPS 在建立好坐標(biāo)系校核后，一人就能完成全部工作，受地形影響小，大大降低了測(cè)量工作量，提高了工作效率。

2）由于在原始斷面測(cè)量和竣工斷面測(cè)量中使用同樣的測(cè)量斷面，能很好地反映出土石方施工前后該直線段的斷面變化，通過(guò)兩個(gè)相鄰斷面平均取值，能很客觀地計(jì)算土石方工程量。

3 水利工程應(yīng)用實(shí)例

3.1 土方斷面測(cè)量實(shí)例

在黑虎山水庫(kù)管理區(qū)臺(tái)地填筑工程中，臺(tái)地上口填筑總長(zhǎng)度約120 m，填筑寬度約80 m。沿副壩壩軸線開(kāi)始間距10 m 劃一個(gè)斷面，共劃分為16 個(gè)斷面。填筑施工開(kāi)始前，先用GPS 進(jìn)行原始斷面測(cè)量，用CAD 繪制原始斷面測(cè)量圖。填筑全部完成后，沿原先劃分的斷面用GPS 測(cè)量，繪制出竣工斷面測(cè)量圖。用竣工斷面圖與原始斷面圖兩者相疊加，計(jì)算出每個(gè)斷面的增加面積，根據(jù)相鄰斷面平均增加面積乘以間距得出兩個(gè)斷面之間的填筑土方量，依次計(jì)算出所有斷面土方，即為全部填筑土方工程量。

3.2 黑虎山水庫(kù)溢洪道災(zāi)后改擴(kuò)建工程

在黑虎山水庫(kù)溢洪道災(zāi)后改擴(kuò)建工程中，原溢洪道增擴(kuò)一孔閘門(mén)，對(duì)放線測(cè)量要求很高。既要滿足后續(xù)混凝土施工，又不能開(kāi)山太多影響原溢洪道安全。遇到難題就是溢洪道弧形擋墻難以準(zhǔn)確定位，由于現(xiàn)場(chǎng)地形復(fù)雜、坡陡林密，常規(guī)方法很難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，利用GPS 點(diǎn)放樣功能，在弧形擋墻平面布置圖上加密至間隔50 cm 讀取坐標(biāo)一次，將坐標(biāo)輸入GPS 坐標(biāo)庫(kù)，再將其在施工現(xiàn)場(chǎng)定位出來(lái)。同時(shí)，在石方開(kāi)挖施工過(guò)程中隨時(shí)進(jìn)行校核，準(zhǔn)確地定位了擋墻位置。

3.3 青州市三庫(kù)串聯(lián)工程

在青州市仁河水庫(kù)、黑虎山水庫(kù)、七一水庫(kù)三庫(kù)串聯(lián)工程中，其中一段為管道工程，管道總長(zhǎng)12.5 km，沿大石河河道內(nèi)埋設(shè)PCCP 預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土管道，施工過(guò)程中，由于現(xiàn)場(chǎng)河道地形變化較大，實(shí)際管道埋設(shè)并不是完全按施工圖紙定位施工。在管道敷設(shè)完畢、土方回填之前，用GPS 將管道從頭至尾全部實(shí)際測(cè)量一遍，繪制成竣工平面圖。因?yàn)橛兄_定位圖，后來(lái)公路局在石河建橋打樁時(shí)精確避開(kāi)管道位置，保護(hù)了新建成的管道。

4 GPS 在水利工程施工中的問(wèn)題

4.1 配合水準(zhǔn)儀使用測(cè)量精度穩(wěn)定

GPS 平面測(cè)量誤差在20 mm 以內(nèi)，基本達(dá)到水利工程施工精度要求。但高程誤差穩(wěn)定性差，受地形、天氣等因素影響較大，不能滿足施工的精度要求，因此，建議在高程精度誤差要求較高的工程中，盡量不要用GPS 直接讀取高程，應(yīng)以水準(zhǔn)儀為主，用GPS 加以輔助，兩者配合使用。在高程精度要求不是很高的工程中，如開(kāi)闊的場(chǎng)地以及大土方量工程中，可以采用GPS 直接讀取。同時(shí)在實(shí)際高程測(cè)量中一定要注意基準(zhǔn)點(diǎn)處桿高和實(shí)際測(cè)量處的桿高，兩者必須一致，否則較容易出現(xiàn)大范圍測(cè)量錯(cuò)誤。

4.2 GPS 信號(hào)強(qiáng)度對(duì)精度影響較大

GPS 工作原理是接受衛(wèi)星信號(hào)，天氣影響較大，晴天時(shí)信號(hào)好，陰天信號(hào)差。測(cè)量地點(diǎn)的建筑物或樹(shù)木遮擋也影響信號(hào)，特別是樹(shù)木遮擋，在密林處信號(hào)差。建立基站時(shí)就應(yīng)該選擇空曠處，測(cè)量時(shí)盡量選擇天氣晴朗的白天，在樹(shù)木遮擋處應(yīng)考慮轉(zhuǎn)點(diǎn)或其他方案，確保測(cè)量精度滿足施工要求。