GPS技术在水利工程测量中的运用研究

宋德军

(黔南州水利水电勘测设计院，贵州 都匀 558016)

GPS技术在水利工程测量中的运用研究

宋德军

(黔南州水利水电勘测设计院，贵州 都匀 558016)

随着水利工程建设规模的不断扩大，水利工程测量工作变得越来越重要。目前，GPS技术被广泛的运用在水利工程测量工作中，其运用和开发前景非常的广阔。文章阐述了GPS技术在水利工程测量中的运用现状和运用范围，并且根据实例阐述了GPS技术在水利工程测量中的具体运用。

GPS技术；水利工程；测量；发展状况；应用

0 引 言

随着水利工程测量技术的不断发展，越来越多的先进技术和设备被运用到测量工作中。GPS技术因为具有精度高、成本低以及效率高的特点，在水利工程中的运用变得越来越广泛。

以下主要对GPS技术在水利工程测量中的运用相关内容进行分析。

1 GPS技术概述及其在水利工程测量中发展现状

目前，对水利工程测量工作的重视度越来越大，在水利工程测量工作中选择好的测量技术和方法已经成为工作的重点内容之一。

越来越多的新技术和新方法被发现并运用到水利工程测量工作中。GPS技术也就是在不断的发展中出现的。GPS技术在水利工程测量中，以其高效率，低成本，高精度，不需要通视等特点受到人们的欢迎，在水利工程测量中得到不断的应用。

GPS就是全球定位系统的简称，它是无线式导航系统，其系统基础为已经发射的地球卫星。我国测量采用的是美国发射的24颗导航卫星。通过测量地面三维坐标来实现导航或者定位。

随着我国社会经济的不断发展，我国水利工程测量工作面临着越来越多的机遇以及挑战，因为GPS技术具有突出的优点，因而GPS测量技术在水利工程测量中得到了越来越多的应用。

GPS技术在水利工程中的初级应用是：

1)用GPS静态或者快速静态方法建立沿线总体控制测量。

2)在水利工程施工阶段为闸门、渠道、堤坝建立施工控制。

而更高一级的应用是在水利工程测量中采用RTK技术，即所谓的实时动态定位技术。它将在水利工程测量中具有更加广阔的应用前景。

2 GPS技术在水利工程测量中的应用

目前，GPS技术已经被广泛的运用在水利工程测量中，并且在很多工程中都取得了比较好的效果。目前，GPS技术主要被运用在以下2个方面：

2.1 GPS外业测量

将GPS技术运用到外业测量中，工作的重点和关键点就是进行选点。

进行合理的选点对于水利工程测量的结果的精确度具有十分重要的影响。所以在选点之前，必须加强对水利工程测区的地理位置等情况的了解和收集，这都是做好选点的关键[1]。

GPS的观测工作主要体现在无线安置和开机观测，这与常规测量有很大的不同。

无线安置工作中，要做到在正常点位，天线应架设在三脚架上，并安置在标忐中心的上方直接对中，天线基座上的圆水准气泡必须整平；在有风天气中，应将无线进行三方向固定[2]。

2.2 GPS布网工作

将GPS运用到布网工作中，比如运用在引水工程中，通常都采用点连式或边连式组成连续发展的三角锁同步图形，而对于工程枢纽地区的施工控制网和变形监测网，通常则采用边连式或网连式布设，以增强网形的几何强度，提高GPS控制网的可靠性和数据精度。

3 案例分析

3.1 工程概况

为满足某水利工程测区预、普查设计的需要，我院对该区进行E级GPS静态控制测量。主要的任务见下表1。

表1 主要的任务

针对该项目，我院计划通过现场踏勘，图上作业，制定本项目技术方案。

贵州省都匀市三都县某水利工程测区的总体地势中部低，南北两端相对高，以中山—中低山地貌为主，岩溶地貌发育；山地约占29%，丘陵约占12%，山间平坝约占59%，平均海拔自南向北从395 m升至575 m。

最高处位于勘查区东北部的三角坡，海拔575 m；最低处位于西南都柳江出境处，海拔395 m。最大相对高差180 m，一般在50～150 m，区内碳酸盐岩广布，暗河、溶洞、石林等岩溶地貌发育。

区内水系均属长江流域，主要为都柳江水系。都柳江从工作区中部穿过。区内气候属中亚热带湿润季风气候，年均气温15℃～17℃，平均14 ℃左右，年降水量1 100～1450 mm，年日照时数1 000～1 500 h，年无霜期270～290 d。

灾害性天气有倒春寒、伏旱、冰雹、秋季低温和连绵阴雨等。

居民主要有汉、布依、苗、彝、水、仡佬、回、侗、壮、白、东乡等22个民族。总体以农业经济为主，粮食作物主要有水稻、玉米、小麦，经济作物主要有油菜、烤烟和茶叶。

工业方面，福泉市地区以磷矿业为龙头带动相应的加工业为主，其次为煤矿开采业。是黔南州矿业经济较发达的县，交通较为方便[3]。

3.2 本测区已有资料分析和利用

本测区已有1∶10 000地形地质图(贵州省有色金属和核工业地质勘查局物化探总队提供)。作为踏勘、测区范围确定以及控制测量图上设计的工作用图。

起算坐标见表2。

表2 起点坐标

3.3 E级GPS控制网的布网原则

普查区福泉区块计划布设20个E级控制点。采用中海达F61静态GPS接收机进行控制作业。静态控制点编号采用E级网的字母GPS+顺序号[4]。

对于该测区所布设的GPS控制网，考虑到便于工程点的测绘和以后施工的方便，为减少测区投影变形，采用自定义椭球参数，即：长半径a=6378140；扁率α=1/298.257投影面为参考椭球面；投影带：3°带；投影高：H=0 m，中央子午线经度108°。

按照相关规范和要求GPS网相邻点间距满足下表要求，特殊地方可以适当放宽，当与已知点联测时个别点位于测区较远时，可以放宽2倍[5]。

布网具体要求见表3。

表3 布网具体要求

GPS网由非同步独立边构成多边形闭合环，布网中以测区实际情况为主，适当考虑交通情况以便于施测，初步设计首级网形图，实际布网时，经技术审核人同意后，根据实际情况可适当改变[6]。

3.4 观测要求

表4 观测基本要求

点位的选择要利于其他测量手段扩展和联测，要求点位坚实稳定，易于长期保存。点位必须利于观测，视野开阔，避免干扰，并且至少和该网中一个点相通视。

野外数据采集时，观测员应严格按照观测计划规定的时间作业，确保同步观测，当接收机预置状态正确后，才可启动接收机。

天线安置按照GPS相关测量规范，天线安置对中误差≤3 mm，天线安置好后，在各观测时段前后各量取天线一次，且互差≤3 mm，最终天线高取两次平均值。接收机启动正常后才可记录数据。

在观测过程中观测员要时时查看接收机状态，若发现异常，应作好记录，并采取相应处理措施。

同一观测时段中，不得改变天线方向；不得关机；不得碰动天线。

观测记录必须如实填写，不得涂改，不得测后补记录；经检查所有作业项目均完成并符合要求后，方可搬站。

野外记录将作为提交资料的一部分。

3.5 基线解算

基线向量的解算，采用随机软件包南方测绘GPS数据处理进行计算，取双差固定解。并及时对同步环闭合差、异步环闭合差以及重复边进行检查计算。同步环坐标分量以及环长相对闭合差见表5，不应大于表5规定。

表5 同步环坐标分量以及环长相对闭合差

平差计算仍采用随机商用软件包HDS2003 数据处理。当基线解算各项指标均符合要求后，以一个点的WGS-84系三维坐标为起算依据，进行GPS网的无约束平差。

提取各基线向量的三维坐标观测值的改正数、基线边长以及点位和边长的精度信息，并考察GPS网的内符合精度。

在无约束平差中，基线向量的改正数绝对值应满足如下要求：V△x≤3δ；V△y≤3δ；V△h≤3δ。

当超限时，可采用软件提供的方法或人工干预剔除粗差，使之满足要求。

在无约束平差有效的基础上，在该测区建立或选定的坐标系统下进行三维约束平差，约束点的已知坐标、距离或已知方位可作为强制约束固定值，也可作为加权观测值。三都县猴场测区以党校后山GPS(C)，白家山GPS(C)强制约束点。高程采用曲面二次拟合。

基线向量的改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差应满足：dVx≤2δ；dVy≤2δ；dVh≤2δ。

当超限时，应采用人工干预的方法剔除某些误差较大的约束值，使之满足要求。

4 结 语

综上所述，GPS具有非常突出的特点，并且具有较好的运用效果。在水利工程测量工作中，必须加强GPS技术运用的研究，对GPS测量方法进行充分的掌握，为今后的水利工程测量定下基础。在进行GPS技术的运用过程中，必须对测量结果的精确度以及实用性进行保证。

在今后的发展中，GPS技术技术将会变得越来越完善，GPS技术将为水利工程测量带来更加显著的发展。

[1]王耀华，尚学勇.GPS在水利工程测量中的运用探讨[J].河南建材，2011(05)：12-13.

[2]陶歆贵.GPS RTK技术在水利工程测量中的应用[J].铜业工程，2007(02)：45-46.

[3]王廷刚.GPS RTK技术在现代工程测量中的应用[J].科技创新导报，2008(16)：23-24.

[4]陈文昭.全球定位系统(GPS)在福清闽江调水工程中的应用[J].水利科技,1994(03):25-30.

[5]王耀华,尚学勇.GPS在水利工程测量中的运用探讨[J].河南建材,2011(05):145,148.

[6]杨立晋.GPS(RTK)技术在水利工程测绘中的应用[J].水利科技与经济,2010(12):112-113.

1007-7596(2014)11-0176-03

2014-05-21

宋德军(1980-)，男，仡佬族，贵州石阡人，工程师，从事工作和研究方向是水利工程测量。

P228.4；TV221.1

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