对GPS技术用于水利工程勘察的分析

摘 要：现如今，我国水利事业正处于快速发展之中，传统测量方法越来越难以满足其现实需要，而GPS技术则凭借其优越性获得业界广泛重视。文章基于GPS技术用于水利工程勘察进行分析，首先概述了GPS技术、GPS技术的应用，最后结合实例加以探讨，以期为水利工程勘察工作提供有益参考。

关键词：GPS技术；水利工程；勘察

水利工程往往坐落在那些地形较为复杂、高差明显变化的地区。传统测量方法很难满足其要求，且耗时耗力，而GPS测量能够很好地满足水利工程勘察工作的实际需要，因而得以广泛应用。

1 GPS技术概述

1.1 GPS定位系统

GPS定位系统，即全球定位系统，属于一种能够借助定时以及测距以准确确定空间交会定点的现代导航系统，能够提供高质量的三维坐标等信息，表现出了良好的连续性、实时性以及准确性[1]。

1.2 GPS定位技术

GPS定位技术主要包括：（1）GPS静态定位。所谓GPS静态定位指的是，按照观测方案，把GPS接收机布设在待定点以实现对卫星信号的接收。在定位过程中，接收机位置一直保持静止状态；（2）实时动态定位（即PTK技术），是以载波相位观测值为基础的一种实时差分技术。对于RTK技术，其主要思想是于基准站布设一台GPS接收机，予以不间断观测，同时将全部观测数据以实时在线的方式传输到用户观测站，用户站不仅能够接收相应的卫星信号，与此同时，还能够获得基准站提供的观测数据。最终基于相对定位这一原理，准确计算出用户站所对应的三维坐标与精度[3]。

2 GPS技术在水利工程勘察中的应用

2.1 变形监测

变形监测通常用来监测水利工程构筑物情况，包括有无地基沉降、有无位移、有无整体倾斜等。以大坝形变监测工作为例，可在远离大坝的某个理想位置，确定一些基准点，与此同时，在形变区确定一些监测点。在上述两点分别布设GPS接收机，予以不间断自动观测，并以实时在线方式将数据提供给数据处理中心，接受后续的分析以及处理[4]。

2.2 截流施工

截流工程大多工期紧张，另外，围堰进占施工时将会面对水深、落差大以及水流急等诸多负面问题。通过传统测量方法进行测量，工作繁重，进展慢，且容易出错。如果在水下地形勘察工作中使用GPS技术，则能够快速且准确地获取施工需要的各项地形参数，绘制精确的水下地形图[5]。

2.3 滑坡监测

在滑坡监测工作中，需要计算出目标监测点所对应的相对位移量，而这一数据能够通过测量监测点所对应的大地高的具体变化来获取。GPS能够高精度地测量出目标监测点在WGS-84坐标系中的大地高，然后比较和分析其和正常高之间的关系，便可以求取工程实际需要的正常高的值，如此一来，便可实现对滑坡的有效监测。

3 工程应用实例——以GPS在滑坡体勘察中的应用为例

在仕阳水库水电站改造的施工中，勘察发现左坝轴线属于古河槽，其左岸的一些表面岩层能够观察到明显的拉裂、倾倒以及松土现象，使岩层以一个极缓慢的速度发生蠕变变形，进而诱导岩层发生各向分离现象，最终形成规格不一的若干个滑坡体。如果滑坡体出现坍塌事故，将会给工程施工和后期使用带来严重威胁。所以，在该工程施工中，基于这些滑坡体进行勘察具有相当积极的现实意义。

3.1 要求

首先，明确勘察内容，并完成布网。对滑坡体进行勘察时，主要涉及下述内容：（1）滑坡体、地表各自的水平位移；（2）测量区域内各构造物的沉降数据；（3）地表垂直位移等。基于布网的具体需求，选择和使用科学的布网方式。其次，选用适宜的测量装置。在勘察工作中，通常而言应使用四台甚至更多的性能优异的GPS信号接收机予以同步观测，操作时应尽可能地确保卫星拥有较理想的状态。在数据分析方面，可使用中海达HGO数据处理软件包这一工具以实现对基线向量的有效解算。

3.2 四等GPS测量方案及控制网

滑坡体容易发生滑动或者坍塌，因而施测时的一些点位有几率遭受破坏，所以，本工程通过双基点法进行观测，在以左坝头滑坡体为对象而进行的一应测量中全部立足于同一工作基点进行相关观测，从而实现对滑坡体的系统分析。通过全面且细致的分析之后，把SD1、SD2设置为工作基点，它们的位置极其牢固，另外，点位也具有良好的可靠性。

首先，观测过程。为精确掌握滑坡体变形的具体情况，共设置了六臺中海达V30-GPS信号接收机，正式观测作业前，挑选最理想的观测时段（9：00-16：00）以完成外业观测工作。对于各滑坡体，要求在一个工作日内完成所有的观测任务。在外业观测环节，在SD1和SD2处分别设置一台GPS信号接收机，而另外四台则根据需要设置在左坝头滑坡体的各个测点上，进行九十分钟的观察之后，再把它们转移到接下来的一组测点。在所有观测中，全都应用相同的一种测量方案。除此之外，针对初始值予以观测时，为保证测量仪器及时到位以及测量点的有效性，应编制其点名对照表，在后段复测作业过程中，均依据该对照表进行。其次，通过GPS实施观测时，应特别关注下述内容：（1）对于接收机的天线量高，应利用游标卡尺进行量取以保证其精确性，将精度控制在0.1mm以内，开始、结束环节各测一次，然后计算出两者平均数；（2）应为接收机配备充足电源，防止观测过程中发生电源不够用的问题，另外，当接收机处于工作状态时，在其附近十米范围内不允许使用无线电报机。

3.3 GPS测量数据的处理

首先，应以WGS-84系统为工具进行计算，对不良基线进行调整以确保同、异步环能够合格通过，同时还需要通过标准模型予以计算。其次，计算时可有机运用广播星历予以相关处理。再次，对于同时段中的各测量数据，应将剔除率控制在10%以内。在若干次测量之后，最弱点点位所对应的误差均应控制在3mm以内。相较传统测量法所能够获取的位移量而言，通过GPS所能够获取的这一数值，其中有87%左右的位移量的差值能够控制在10mm以内，不仅如此，其位移方向基本一致。除此之外，在高程方面，68%偏移量少于10mm，而89%少于20mm。由上述数据可知，针对水利工程滑坡体进行勘察时，通过GPS所取得的观测数据能够很好地满足精度的实际需求。值得一提的是，GPS在实践环节虽然表现出诸多优点，然而也有个别不足有待解决：首先，在点位确定方面，自由度偏窄。其次，使用成本相对偏高。

4 结束语

GPS技术的诞生和应用，给水利工程勘察工作带来了巨大影响，在很大程度上提升了观测精度以及工作效率，在规划环节、施工环节、验收环节、使用环节等发挥着极其重要的监测作用，表现出了相当理想的应用前景。

参考文献

[1]金习武.手持GPS在水利工程地质勘察中的应用[J].科技创新导报，2010，2：92.

[2]明连湖，王晓丽.Google Maps、GPS 与水利工程施工管理[J].电子技术与软件工程，2014，6：64.

作者简介：陈秀霞（1976，8-），女，山东莒县中楼镇中楼村，汉族，本科，工程师，现在莒县仕阳水库管理处工作。