GPS高程测量在岩风洞水库测绘工程中的应用

张洪刚

（黔西南州兴源水利电力勘察设计有限公司，贵州 兴义 562400）

0 引言

随着我国经济的迅猛发展和基础配套设施的完善，水利工程测量逐渐面临着复杂的场地条件和外部影响，需要寻求一种更为高效、准确的测量技术。GPS 测量技术因其独特的技术优势，如快速、高精度、灵活等特点，在当前工程测量技术领域中成为一个创新点，并在测绘领域得到了广泛的应用，尤其在水利工程、特别是水库工程测绘上。GPS 技术得到了广大技术人员的认可，除了其高精度特性有助于保障工程的质量和稳定性，GPS 还具有快速通信功能和大容量数据存储，即使在通信盲区也能有效传输信息，这在岩风洞水库测绘工程中显现出其不可或缺的价值，再加上GPS 完整的卫星链条确保了其数据传输的高可靠性，使得在水利领域中其规模化应用效果显著。因此，不断深化和提高GPS 测量应用技术，满足水利工程测量的需求，已成为现阶段的重要任务[1-3]。

1 应用原理及优势

1.1 应用原理

GPS 技术通过利用全球定位系统卫星的信号，精确地确定物体在空间中的位置。与传统的地面测量相比，它的优势在于能够减少外部环境因素，如大气条件、地形障碍等的干扰，从而获得更为精确和稳定的测量数据，确保其真实性与可靠性[4]。这一技术系统由空间部分（卫星）、地面控制部分及用户终端设备组成。

在水利工程领域，GPS 技术显示出了它的巨大潜能。传统的工程测量可能受到多种因素的干扰，但利用GPS 技术，可以迅速、准确地测量大面积的工程场地，从而提高项目的质量管理和工程效率。在测量过程中，GPS 通过接收器捕获来自卫星的信号，进一步解析并确定其地理坐标。此外，通过利用GPS，还可以精确地计算高程差，为工程测量提供关键的地形和空间数据，进一步确保数据的准确性和可靠性。

1.2 优势

1）测绘结果的精准性

地形图的生成并不是一个简单的过程，它需要经过多次的测量和校正才能得出精确的结果。其中，GPS 测量技术在岩风洞水库地物信息采集中起到了至关重要的作用。与传统的测绘方法相比，利用GPS 进行测量能够提供更为精确和稳定的地物信息。这主要归功于GPS 技术本身的特点：它不仅可以实时定位，还能在各种天气和地形条件下持续工作，确保测量数据的连续性和一致性。此外，由于GPS 技术采用的是全球卫星系统，因此，其测量范围远超传统测绘工具，能够对广大区域进行持续、无间断的测量。

2）测量信息的全面性

随着科技的进步，测量技术也在不断地发展和完善，其中GPS高程测量技术因其独特的优势受到广泛应用和赞誉。这一技术在岩风洞水库测绘工程中表现尤为出色，它不仅仅局限于基础的地理定位，更重要的是能够对测量目标的高程、位置、空间分布等多维度特征进行全面、细致的测量[5]。与传统的二维测量相比，GPS 技术能够获取目标的三维空间位置信息，这意味着我们不仅能够确定一个物体在地面的准确位置，还可以了解其相对于地面的高程，为工程建设、地形分析等提供更为丰富的数据支撑。

更为重要的是，当这些基础数据被收集完毕后，我们可以利用先进的地理信息处理软件进行分析、整合和模拟，进一步提炼出更为精确的地理信息。这种技术的应用，不仅提高了测绘的精准度，还大大缩短了工作周期，降低了成本。

3）测量信息的时效性

在现代测绘工程中，信息的时效性是至关重要的因素之一。传统的测量方法可能需要花费大量的时间来获取地理信息，而GPS 高程测量技术的应用彻底改变了这一局面。GPS 卫星定位系统以其高效、精准的特点，使测量信息的获取变得更加灵活和时效，大大加快了工程进度[6]。

通过GPS 技术，测量目标的定位可以在短时间内完成，而且不受天气、时间和地点的限制。卫星信号的反射和接收几乎是同时进行的，这意味着我们可以立刻获得准确的位置、高程等数据，无需等待或进行复杂的数据处理。这对于需要及时反馈和决策的工程项目尤为重要，例如应急救援、灾害监测等领域。时效性的提高也为工程规划和管理提供了更多的操作空间，使项目的执行更加高效，减少了不必要的成本浪费。

2 工程概况

2.1 地理位置

岩风洞水库工程位于兴义市七舍镇马格闹村小寨组，坝址距离马格闹村委会0.50 km，距离七舍镇约19.50 km，距离兴义市区约13.50 km，兴义至七舍乡道从岩风洞水库库区右岸山脊通过，水库坝址无道路直通，需修建进库公路前往水库工程区。

2.2 水文地质条件

岩风洞水库位于白碗窑河的源头段（马格闹段），白碗窑河马格闹段可利用河段短，仅为1.80 km，库区源头多为陡坡河段，没有成库的条件，在马格闹村小寨处河段相对较缓，地形呈“V”形谷，河床及两岸有多层隔水层作为防渗依托，适宜建坝。根据地质条件综合分析，岩风洞水库坝址具有唯一性。流域特征值见表1。

表1 流域参数特征值表

岩风洞水库工程所在的白碗窑河为北盘江的二级支流，黄泥河一级支流，属珠江流域南盘江水系。距工程区较近的断层构造仅有绿阴塘断层F1和袁家寨断层F2 两条。F1 断层距离岩风洞水库工程区的最小直线距离为0.50 km，F2 断层距离岩风洞水库工程区的最小直线距离为0.42 km，挽近期未见断层活动迹象，均对坝址区的稳定无影响。坝址下游右岸距坝址约80 m 处发育3 组裂隙（N55～70°W，N48～55°E，N38～45°W），高程在1 680～1 694 m，岩石为白云岩，推测下部为灰岩，该裂隙对水库的蓄水渗漏影响甚微。

3 应用

3.1 高程测量与变形控制

岩风洞水库测绘工程的高程测量和变形控制通常采用全站仪或GPS 测量技术。其中，高程测量主要涉及到高程角和斜距的计算，而变形控制则需要进行点位坐标的比对和分析。

在水库测绘工程开展测量工作过程中比较容易受外部环境影响发生变形，影响整个水库工程的整体稳定。针对于水库变形的情况，可以利用GPS 技术弥补常规的测量不足，GPS 测量技术测量精度可以达到毫米级别，从而有利于保障工程建设的质量[7]。

在岩风洞水库测绘工程中，高程测量与变形控制的应用主要通过以下步骤实现：1）高程测量。使用全站仪或GPS 测量技术进行高程测量，包括测量水库各个关键点的高程角和斜距。GPS技术在这一过程中具有很高的精度，能够提供毫米级别的高程测量数据。2）变形监测。将高程测量数据与之前的基准数据进行比对。这些基准数据通常来自于水库工程建设前的测量和规划。通过比对分析，可以检测出是否发生了变形，包括水库坝体的位移、变形等情况。3）修复和控制。如果发现水库工程存在变形问题，需要及时采取修复和控制措施。这可能涉及到重新调整工程的建设计划，加固工程结构，或采取其他必要的措施来确保工程的稳定性和安全性。

3.2 有效处理静态数据

GPS测量数据处理是指从对外业采集的原始观测数据进行处理到最终获得测量成果的全过程。GPS测量技术可以通过以下步骤有效处理岩风洞水库测绘的静态数据：1）需要将GPS接收器放置在待测点上，记录下接收器接收到的卫星信号数据，包括卫星编号、信号强度、接收时间等信息。2）将有效的数据输入到计算机中，利用专业的软件对数据进行处理[8]。通过差分技术，消除大气延迟和卫星钟偏差等误差，从而得到更加精确的测量结果。

由于获取的GPS测量数据量较大，所以在数据处理过程需要采用专业的软件工具，例如，RTKLIB（一款开源的GPS 数据处理软件，支持多种GPS 接收器和差分技术，可以进行静态和动态测量数据处理，具有较高的精度和稳定性）、Leica Geo Office（一款商业GPS 数据处理软件，支持多种GPS 接收器和测量方式，可以进行实时和后处理，具有较强的数据管理、分析和报告功能）、Trimble Business Center（一款全面的GPS 数据处理软件，支持多种GPS 接收器和测量方式，可以进行实时和后处理，具有强大的数据管理、分析和报告功能），通过上述软件能够对原始数据进行分类、筛选、处理和分析，以得到最终的测量结果。

3.3 构建工程控制网

工程控制网的建设是水库工程测量的基础，在布设GPS 工程控制网过程中，要保证测量的准确性。由于岩风洞水库测绘工程布设GPS 控制网的精度要求较高，可以利用GPS 技术组成控制点，构建工程控制网，在空间上进行高精度定位，因此可以用来构建工程控制网。在岩风洞水库测绘工程中，需要在水库周围的地面上设置一系列的控制点，并对这些控制点进行GPS测量[9]。通过对这些控制点进行测量和分析，可以得到控制点之间的空间位置关系，从而确定整个工程区域的坐标系和基准面。

在构建岩风洞水库工程控制网时，首先要进行控制点的选址工作，选择在地形相对稳定、避免建筑遮挡、地貌明显的地方，以确保GPS 接收到的卫星信号质量高、干扰低。接下来进行控制点的实地测定，每个控制点都需要配备高精度的GPS接收机，并确保在测量过程中接收机保持稳定，测量时间通常要确保在2 h 以上，以获取更精确的测量结果。测量结束后，将收集的GPS 数据导入到专业的后处理软件中，进行数据处理与分析。这包括解算每个控制点的精确坐标、计算相邻控制点之间的距离和角度、进行误差分析等。这些精确的数据会作为水库工程建设的基准，对后续的测量工作提供参考[10]。

为了确保控制网的准确性，还需要进行二次测量或交叉检核。即在不同的时间、不同的设备重新对部分控制点进行测量，然后与初次测量的结果进行对比，检查是否有大的偏差。如若有大的偏差，则需重新调查原因并进行修正。经过以上步骤，一个高精度、可靠的工程控制网就成功建立，为岩风洞水库工程的后续施工和管理提供了重要的空间数据基础。

4 结语

在我国水利工程尤其水库工程测量发展过程中，GPS 测量技术的即时通信稳定功能给测量增加了便利性，有利于技术人员在测量方面提高数据的精准性。GPS 高程测量技术在工程测量方面发挥了重要的现实作用，且正在朝着智能化、数字化、无形化发展。GPS 服务民用，极大提高了人们的生活品质，GPS提供的精密授时、导航信号、快速通信三大功能，在国民生活的各个领域都得到了极大的应用，让普通大众得到了实惠。GPS 测量技术的发展，也为水利工程系统的建立和发展奠定了基础，未来GPS在工程测量方面将有更大的应用前景。