GPS在水利工程测量中的应用

(四川华泽建筑设计有限公司 四川 成都 610000)

一、GPS测量工作原理及其技术特点

(一)GPS测量工作原理

GPS英文全名是“Global Position System”，意为“全球定位系统”。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统。GPS空间部分使用了二十四颗卫星组成的星座，卫星高度约20200公里，分布在六条升交点互隔60度的轨道面上，每条轨道上均匀分布四颗卫星，相邻两轨道上的卫星相隔40度，使得地球任何地方至少同时可看到四颗卫星。

目前，在工程测量中，为了保证控制测量和施工放样的精度，满足工程质量要求，GPS定位技术被广泛应用于工程施工测量中。GPS测量通过接收卫星发射的信号并进行数据处理，从而求定测量点的空间位置，它具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能，能提供精密的三维坐标、速度和时间，而且具有良好的抗干扰性和保密性。现已成功应用于工程测量、大地测量、地籍测量、物探测量、航空摄影测量及各种类型的变形监测等诸多领域。

(二)GPS的技术特点

GPS技术在实际的应用过程中具有这样几个方面的特点：①测量站之间不需要进行通视，简化了测量操作程序。在传统的测量工作中，需要各个测量站之间进行相互通视，而且难度较大，在使用GPS技术之后，测量站即使不通视也能够完成位置的精确选择，使得整个测量工作更加简单;②定位系统精度较高。利用双频GPS接收机测量得到的精度与红外仪测量精度相差无几，但是红外线测量仪在测量距离时精度较差，但双频GPS测量方式则不受影响，在小于50km的基线距离上，其定位精度能够达到12×10-6m。

二、GPS技术在水利工程基础测量中的实际应用

水利工程地基基础测量是保证整个水利工程实施整体精度和质量的先决条件，为了提高地基测量的精度，需要使用GPS测量技术。在地基测量的过程中，首先要做好地基测量技术方案的选择工作。考虑到水利工程所在地项目环境通常比较恶劣，使用传统的地基地理测量技术不但难以实现，而且精度较差，价值实际的工程测量区域范围较大，通常达到几千平方米。因此，在实际的地理测量过程中，为了保证测量精度和测量效率，通过应用GPS测量技术能够满足高精度、长距离、大范围的相关要求。在实际的测量过程中，通常根据GPS技术类型的差异而分为GPS-RTK技术和cors技术两种。这两种技术基本都能够满足测量需要，但是存在对应的优缺点差异。因此，在实际的测量过程中，需要根据测量施工的操作习惯、测量技术的测量特点等合理选择测量方案。

三、GPS-RTK技术在渠道测量中的应用

(一)GPS-RTK技术在渠道测量中的优势

渠道测量是水利工程测量的另一个重要内容，使用GPS-RTK技术能够显著提高渠道测量的精度和效率，有效转变采取传统测量方式存在的受通视条件局限的问题。并且能够为测量提供高效的测量控制点及其三维坐标，且保证精度达到cm等级。在实际的渠道测量过程中，使用GPS静态测量或者实时动态测量方式建立bm四等水准点沿渠道进行控制，并在各个水准点设置统一的平面坐标，通过这种方式完成渠道中桩、边桩、渠道建筑物等相关要素的测量，从而完成渠道导线图的设计，绘制得到精确的总平面图。当前，大多数的勘察设计制图是基于cad及相关平台开发的制图软件，并结合全站仪或者水准仪得到的数据进行绘图。在整个过程中，数据的转换和输入容易出现错误，使用GPS-RTK测量技术之后，能够迅速直接利用cass等绘图软件绘制渠道的纵、横断面图和导线图等。

(二)GPS-RTK在渠道测量中的具体应用

1.渠道断面的测量在确定渠道线路之后需要对渠道断面进行测量。每次开始测量之前，需要设置基站，并对仪器进行校点，通常使用三角架，持续接收10min信号，从而保证测量高程的精度。每架设一次基站，在其30km范围内可以设置任意流动站，且都以该基站作为基准，因此需要保证其设置基准。在测量断面的过程中，当达到固定解之后就可以对中桩标定，然后根据渠道设计断面的大小，然后再标定上、下边桩。对边桩精度进行确定时，对测量精度可以适当放宽，通常边桩的高程限差为10cm即能达到要求。设置中桩时，每相隔20-50m需要设置1个中桩，并对应测量一个横断面，两个中桩之间可以不通视。这有效的减少了传统的标杆测量工作中需要2人保证标杆水平垂直而导致的精度较差问题，降低了人工测量的工作量。gps-rtk渠道断面测量技术从测量原理方面提高了断面测量的精度，而且整个作业过程方便灵活。所获得的中桩坐标为三维坐标，能够将之用于绘制准确的渠道导线图。

2.RTK渠道建筑物的测量使用GPS-RTK测量方式能够方便的增加测量交叉建筑物的控制桩，因为建筑物坐标高程与渠道线路的坐标高程系统一直，可以直接在现场就能够确定渠道和渡槽、倒虹吸、隧洞的平面交角，并由此而快速准确的计算得到水头损失，最终确定渠道中桩的高程，有效提高渠道外业测量的工作精度和效率。当需要确定隧洞与明渠方案选择时，可以使用rtk技术对测量渠道长度和隧洞长度进行快速测量，并结合当地实际地质情况，方便的进行方案优选。

四、GPS技术在水利工程滑坡体测量中的应用

水利工程滑坡体的测量一直是水利工程测量的难点，传统的测量方法存在着诸多的问题：①测量速度慢，整个测量过程需要花费较长时间，而且获得的测量结果存在不同步、不及时的问题;②易受气候影响，测量过程中难以按照时间及规划进行测量;③测量工作难度较大。

(一)测量内容以及控制网的布设

滑坡体的测量内容主要是对滑坡体和地表水位移、被测范围内建筑的沉降等进行观测，获得地表的垂直位移等数据。在沉降测量的过程中，可以首先使用水准测量仪器进行观测。并根据布网需要，结合滑坡区域的实地条件，使用合适的控制网布网方式。在获得对应的观测数据之后，每一次数据都必须使用自由网进行平差处理，并对其与基准点进行实时位移比较，观测其是否处于测量精度范围内。每一期获得的计算结果都必须满足点位误差设计精度需要，从而获得准确的滑坡体及地表诸多GPS测量点的实际位移数据。

(二)GPS测量方案

水利工程滑坡体测量过程中容易因为土体的滑动和坍塌，而导致部分测量点位置出现破坏。因此，在使用GPS技术进行测量时，可以使用双基点测量法，即在左坝头的滑坡体测量时，使用同一个工作基点来进行观测对滑坡体进行综合分析与数据处理。通过双基点测量方案，能够得到可靠的测量数据。

(三)GPS测量数据处理

在获得测量数据之后，必须利用专业的GPS数据软件对基线进行计算，为了保证数据处理负荷要求，要做好如下几点：①推荐在wgs-84系统中进行计算，对不合格的基线进行优化，使得同步环、异步环合格之后使用标准模型进行计算;②计算的过程中要借助使用广播星历进行实时数据处理;③同时段内测量得到的数据中，其剔除率应该控制在10%以内。