浅析GPS技术在水利水电工程测绘中的应用

(辽宁省抚顺市水利建筑工程处，辽宁 抚顺 113008)

水利水电项目工程属于民生工程，工程项目的投资与实施对促进水土保持工作开展及能源开发与利用具有重要意义[1]。可以说，水电项目实施关系国家建设及民生，工程项目实施应强化设计及控制好施工质量[2]。做好测绘工作是项目设计施工建设的前提与保证。GPS测绘技术近些年研究的重点，并在工程测绘领域取得了较大突破。本文结合现有测绘技术，对GPS测绘相关问题进行了说明与分析。

1 GPS测绘技术及其说明

GPS测绘主要是利用GPS定位原理，以GPS卫星和用户接收机天线之间距离(或距离差)的观测量为基础，并根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。综合来讲，其主要有三部分组成，空间部分、地面监控部分及用户设备组成；具体来讲，空间部分主要指卫星，地面监测部分则主要指监测站、主控站等，实现对卫星的监测及获取相应数据。用户部分主要是GPS接收机，通过对卫星信号处理转变为基线向量及坐标，为用户提供基准数据。基于以上分析，GPS定位原理为利用卫星不间断发送卫星信息及相关参数被地面接收设备接收机实现三维坐标转换的一种技术，可以实现在动态情况下进行测试，测试精度高及应用范围广，在现代测绘中具有极大应用价值[3]。

关于GPS测绘技术，其应用优势主要集中于测绘时间短、测试精度高、操作方便及受气候影响小、可实现全天候测试等优点。具体来讲，(1)测绘时间短，即与传统测试方法相比较，GPS测试流程较为简单，测试过程所需人员配合少，可实现快速测试的目的；(2)由于GPS技术测试精度可以精确到毫米级别，实现了精确测量的目的。(3)GPS技术测试过程简单，减少了人员配合，提高了测试效率，且在不同功天气条件与地理环境下均可实现测量，增加了测绘范围及精度。对于以上分析，相对于传统测绘技术，GPS技术具有极大的优势，实现了传统测绘技术无法实现及逾越的功能，在工程领域具有较大的应用前景。

2 GPS在水利测绘中的应用现状及存在问题分析

2.1 GPS在水利测绘中的应用现状分析

3S技术是近些年科学技术发展的主要产物，GPS技术作为3S技术的突出代表在各领域的应用极为广泛。以GPS在水利水电项目工程测绘领域来讲，虽然该技术突破了传统测绘技术所无法规避的确定，测试精度也取得了较大提高，但还存在一些问题，具体如下：(1)测量误差仍然存在，如GPS技术测量精度虽然得以极大的提高，但由于受到人为操作因素及疏忽，可能导致误差产生，影响项目设计与施工；(2)GPS技术应用力度不足，如现有测量技术已取得了较大进步，电子全站仪、电子水准仪等设备精度已显著提高，基本可达到测绘要求，限制了GPS技术的使用，且采购GPS测绘仪价格较高，且需要专业人员操作，影响其普遍使用。(3)技术人员水平低，缺乏专业人才也是主要问题，部分人员在测绘中由于操作不熟练等，测试所的数据精度低，对使用造成影响。

2.2 GPS在水利测绘中主要问题分析

(1)基于GPS测绘技术原理，其测试主要是依托卫星与接收机之间距离的准确计算，即距离=速度*时间；由于大气的影响，电磁波在空气中的传播速度受损，必然造成测绘误差。尤其对于大城市、密林及磁场强的地域，误差则显著存在。(2)使用GPS技术，基准点的联测至关重要，因此，布点时需要结合常规测量设备进行，以保证测试的精度及有效性。(3)GPS技术更加适合于视野开阔及障碍物少的地方，如对于部分GPS信号弱的区域，信号常处于浮动状态，测试数据常存在较大误差，优越性无法体现。(4)GPS技术测绘需对数据进行必要修正，如进行平差计算，可能会造成一定的差异。此外，GPS技术运用的标准及规范不同于，电子地图等不完善且兼容性差，影响其使用。

3 GPS技术在水利水电工程测绘中的具体应用及改进措施分析

3.1 GPS技术在水利水电工程测绘中的具体应用分析

综合来讲，GPS技术在水利水电工程测绘中的应用主要集中在以下几个方面：

1)水利工程属于特殊工程，工程测量贯穿于项目设计、施工、竣工验收及运行监控，以上过程均需要精准的数据作为依据，以便决策。传统测绘技术，在一些特殊地位，如丘陵，山谷等，测试过程复杂，难以实现精准测量，且操作多为人工操作模式，效率低，不能及时提供数据。尤其对于坝体超水位蓄洪期间的变形监测时，传统测量技术应用则受到限制。但采用GPS技术，即可完成以上问题，且高效率、高精度，并可以实施动态监控，具有极大的应用价值。

2)变形监测一直是水利水电项目关注的问题，也是传统测量技术难以解决的难题。全球由于大坝变形监测不到位而引起坝体溃决而造成的洪涝伤亡事故不胜枚举，且损失巨大。造成监测不到位的主要原因在于传统测绘技术不能实现连续性监测及精度低，数据收集不及时所致。而GPS测绘技术通过在指定区域布点，能够自动连续实现对坝体变形数据的监测；并结合现有数据分析软件对测绘数据进行分析，以便相关管理人员及时实施预防措施，以避免坝体溃决的洪涝事故。

3)水利工程运行过程中的地形地貌等环境监测也是重要内容。水利工程的实施必然导致原有地形、地貌发生一定变化，实施监测及掌握其影响规律对实施决策提供重要依据。而如1963年发生于意大利的大坝由于库岸滑坡而引起涌浪翻坝事故，造成重大经济损失。因此，实时对库区周边环境及地理情况进行检测，时刻关注水下地形变形尤为重要，必要时请与及泄洪，以保证库容及航道通畅。传统技术主要缺陷在于无法实现对水下地形的监测，造成水库运行的盲区，而GPS RTK测绘技术可实现对水下地形的测量，且精度高，实现了对水下环境的监控，有利于相关措施的实施。

3.2 关于GPS技术在水利水电工程测绘中应用要点讨论

结合现有实际情况，GPS技术在水利水电项目测绘中已做好以下几点，以保证其测绘精度及数据有效性。

1)根据项目特征，合理确定监测内容及要点。如对于以防洪为主的水库，GPS测绘点布置与设计中应以防汛调度功能放于首要位置，以确保水库运行主要功能的完善。而对于综合性水库建设，蓄水能力、排水能力、坝体位移及水下环境等应作为监测的重点。对于以上分析，测绘点的布置应合理，以实现控制成本，增加效益的目的。

2)GPS遥测站的布局也应作为重点考虑，如实现考虑雨量站、流量站及水位站的分布情况，一般情况下，选址应符合以下要求：(1)考虑当地水文环境及恶劣天气要求，能实现及时预报监测。(2)遥测站应具备一定扩展性，即在承担日常测绘功能的前提下还应增加其功能，如如实现对当期雨量、气象等监测。(3)部分区域应考虑其特殊性，如增加遥测站及增加测绘网密度，以提高测绘精度及可靠性，实现预期功能。

3)加强其他技术的配合使用；GPS测绘技术存在一定的局限性，在部分薄弱区域，应采取与传统测绘技术相结合的方式，以实现互补及校准，缩减测绘误差。其二，合理使用GPS系统的计算机绘图软件及成像功能，以便观测者能够更加直观的了解当地水文环境。

4 GPS技术在水利水电项目测绘中的应用与创新

结合以上分析讨论，GPS技术在水利工程项目前期测绘中，首先因根据实际需求，确定项目的任务和规模；即首先根据水库的实际情况及水库规模，确定工作量，监测配置的数量以及遥控遥感工作分布点。其次，在充分考虑雨量站的同时，合理布局 GPS 遥测站，且应考虑遥测站的选址及扩展性问题，并在特殊河流流域采取特定措施，提高了 GPS 测绘站的精度以及可靠度。同时，根据当地实际状况确定遥测站设备的数量及配置是主要工作。基础工作完成后应充分将 GPS 技术和传统的物理测量技术相互结合，利用 GPS 技术对不同水文信息进行全面测量，以保证水电项目前期观测及满足要求。同时，在后期对水利工程实施动态监测时，应合理运用 GPS 系统中的计算机绘图功能和虚拟成像技术，对当地地线及水文资料进行实时动态测量，以便直观地了解当地的水文情况，为决策提供依据。

5 结语

综上所述，水利水电项目工程实施对国家建设及人民生活具有重要影响。加大投资建设力度及保障质量应作为重点考虑。笔者结合实际情况，对GPS技术的测绘原理及其情况进行了说明，分析了GPS测绘技术在现有水利工程项目中的应用现状，指出了存在问题及应对措施，并对GPS技术在水利水电工程测绘中的具体应用情况进行了探讨，以便为该技术更好的应用提供依据。

[1]王文贯，陆海波.单、双频GPS数据联合处理基线分析[J].水利规划与设计.2010(04)：39-40+62.

[2]张振军，谢中华，冯传勇.rtk测量精度评定方法研究[J].测绘通报.2007(01)：26-28.

[3]何生林，何明.GPS(RTK)技术在宁东能源化工基地供水工程测量中的应用[J].水利规划与设计.2007(06)：42-44.