GPS在水利水电工程测量中的应用

邹玉兰

摘 要：目前应用在水利水电工程测量中的测量技术众多，但使用较频繁的技术之一便是GPS测量。本文将从分析GPS测量在水利水电工程测量中的运用优势入手，对水利水电工程测量中GPS测量的实际运用进行简要分析。

一、GPS测量运用在水利水电工程测量中的优势

Global Positioning System即全球定位系统，也就是GPS，诞生于上个世纪九十年代，通过利用内部的三个部分即空间、地面控制以及用户部分，由地面控制系统接收从空间卫星群发射的卫星信号，并根据其获得的相关测量数据，自动进行分析和处理计算数据的工作，最后将计算得到的位置信息、空间信号等反馈至用户设备处，进而帮助测量人员准确获取三维定位。通过在水利水电工程测量中运用GPS测量，工作人员可利用专业化的测量工具和测量技术，在短时内自动获得具有极高精确度的三维定位，其快速的处理速度使得GPS测量即使是在卫星信号缺乏稳定性的情况下，仍能精确、高效地完成测量工作。有数据证明，在水利水电工程测量中运用GPS测量能够至少提高七成的测量效率[1]。另外，GPS具全天候的优势特点，可24小时不间断进行测量工作，且其操作简便，因此较适合用在水利水电工程测量中。

二、运用在水利水电工程测量中的GPS模式分析

（一）快速静态定位

GPS测量运用在水利水电工程测量的过程中，常见的一种应用模式是快速静态定位模式，该模式下需在完成基准站观测数据接收工作的同时，还需负责接收同步卫星观测数据，并即刻对整周未知数以及用户站三维坐标进行求解计算，所有流动站中均需安装GPS借手机设备，负责静止观测和接收各项相关信息数据。在结果基本无明显变化下，工程测量将获得精确度较高的测量结果。考虑到水利水电工程不同于普通工程，常受到环境因素的影响，因此为有效避免自然条件因素对工程测量产生相应干扰，故在水利水电工程中常使用GPS快速静态测量的方式加密控制点、测量导线，以获良好测量成效。

（二）动态定位模式

动态定位模式同样也是GPS测量常用的一种工作模式，其定位精度为毫米级，能有效保障测量定位的精确性。在这一模式中，通过对某控制点进行短短几分钟的静止观测，流动站将会与基准站实现数据的同步观测。如有特殊要求，也可通过输入规定的采样间隔时间，同时对采样点具体的空间位置进行有效明确，便可通过一种自动化的方式完成数据观测。相比前文提及的GPS测量应用模式，动态定位模式的测量精度更小，基本能控制在一厘米到两厘米之间，且在进行测量时并不会受干扰，因此绝大多数的水利水电工程中更倾向于使用动态定位模式的GPS测量代替传统的测量仪器。

三、GPS测量在水利水电工程测量中的实际应用

（一）控制网

工作人员要结合具体的工程情况以及工程所在位置的地理环境设计和选择控制网。而为有效保障测量速度和精确程度不受影响，在应用GPS测量的过程中，工作人员需按先整体后局部、先控制后碎部的原则，根据水利水电工程情况的不同，控制网也大相径庭。其中三角形网具有精度分布均匀的特点，尤其是稳定的几何结构使得三角形网不易受到其他外在因素的干扰，加之三角形网带有自检功能，可在一边测量的同时一边检测是否存在缺陷，进而有效保障控制网的安全可靠。一般在例如三峡水利工程、莲花台水利工程等规模较大、地势相对比较开阔的水利枢纽工程、水闸等工程中常选用三角形网。但三角网的工作量相对较大，且在运用过程中需占较长观测时间，接收机数量也必须与规定要求完全一致，进而有效保障可在规定测量时间内完成水利水电工程的测量工作。

而环形网虽然缺乏三角网那般稳定的结构，但其本身的闭合环结构，其中的众多独立观测边可有效增强测量的安全性，并有效减少工作人员的测量工作量。因此在处于山区和丘陵等地形比较复杂、规模相对较小的水利水电工程中会选择使用环形网。另外，还有一种星形控制网，相比于其他图样的控制网，星形控制网的工作量相对较小，操作更加简单便捷，但其也存在缺乏较高精确度和自我检测能力的问题，因此几乎不会被运用在大中型水利水电工程中。

（二）高程系统

一项十分重要的测量内容是高程系统的测量，通过对高程系统进行精确测量，能有效帮助工程人员算出具体的水利水电工程量，及需规划的区域内的水位线，从而有效保障工程能用最少的成本完成高质量的工程建设[2]。但由于水利水电工程的特殊性，因此使得大多数此类工程往往会建设在地势条件复杂多变、自然环境相对恶劣的地区，而这也为高程系统的测量增添了一定困难。但通过运用GPS测量，结合工程情况建立起相对应的控制网，利用两三台测量仪器即可利用卫星信号和GPS测量中的自动测算功能，在与卫星轨道等相关重要参数进行充分结合后，即可获得精确度极高的测量数据和三维坐标，进而有效完成水利水电工程的测量工作。如在某大型水利水电工程中，拥有包括高程在400m左右的厂房、长度约为2m的引水隧洞等在内的众多建筑物，工作人员通过选择建立闭合环，并对计量误差进行调整之后，利用GPS接收机以及Ashtech solutions GPS专业软件进行數据的计算和处理，从而在总共观测的200调基线中，只有5条未能成功检测，另有8条误差值比较大，其余187条基线均可被用作独立观测量。

（三）变形监测

变形监测通过及时监测各种与变形有关的信息，一旦发现变形信息超出规定值，则表明水利水电工程此时存在较大的变形隐患，需得到工作人员的及时处理。通常情况下，我国水利水电工程都会建设在城市边缘区，且体积相对较大，如果水利水电工程出现变形等严重质量问题，不仅会直接影响到工程的顺利建设和具体使用，同时也会对周围居民的生命财产安全造成巨大威胁。因此为避免在水利水电工程建设施工过程中出现包括边坡塌陷等在内的安全事故，影响工程及施工人员的安全，需通过水利水电工程测量对观测点中的变形信息进行实时观测和获取。但考虑到传统的测量方法中常需要如全站仪、测距仪等众多测量仪器，虽然能够较好完成测量工作，但不利于测量成效的提升。因此通过运用GPS测量，即结合工程实际选定观测点，并在此之上安装接收机，即可自动化地完成采集、处理和分析变形信息数据的工作，且其精确到毫米级的高精度能够真实反映出观测物的沉降、变形情况[3]。

（四）数据处理

水利水电工程测量结果能否保障较高的精确度，很大程度上受其测量数据分析能力的影响，因此将GPS测量运用其中即可。通过结合工程实际挑选出测量数据的原始数据，并对其进行筛选和分类整理，此后通过自动进行平差计算，获得整体平差，最后使用GPS测量中的自动转换功能，完成工程所在地坐标与GPS网的坐标转换后，再进行自动化的数据分析与处理即可为工程人员提供精准的测量数据。以某水利工程为例，它需完成两个跨河水电站的建设工作，其装机容量分别为10万kW和5.5万kW，取水口高度则分别为657m和450m，其引水隧洞的长度则分别为5.65m和2m，高程控制点和平面控制点相重合。通过在该水利水电工程中运用GPS技术完成测量工作，在同时使用六台GPD接收机之下，使得任意一条基线上都可拥有两个观测时段，每一个观测时段可保障拥有100分钟以上的观测时间。整个水利水电工程中，通过运用GPS技术总工设有两百条观测基线，其中有十条基线检测失败。据最终观测结果显示，GPS短基线在精确度上存在差异性，而高程测量的精确度基本与几何水平相同。

参考文献

[1]柴家恒. GPS测量技术在水利水电工程测量中的应用实践研究[J]. 科技创新导报，2015，34：53-54.

[2]李冬韩. GPS测量在水利水电工程测量中的应用探析[J]. 河南水利与南水北调，2015，02：37-38.

[3]王斐，赵晓微，周璐. GPS测量技术在水利水电工程中的应用[J]. 吉林农业，2015，21：81-83.

（作者单位：四川省水利水电勘测设计院测绘分院）