重庆一三六地质队 重庆 401147
摘要：水利工程的测量工作具有一定的系统性与复杂性，在实际建设过程中需要根据水利工程的施工现状、地形特点制定对应的测量方案，只有这样才能保证水利工程的测量工作既满足工程需要又快速准确的要求。所以在开展水利工程建设工作时应加大GPS技术的应用，提高工作人员的综合素质与专业技能，完善培训方案等，从而保证水利工程的测量工作的质量和精度。
关键词：水利工程；GPS技术；实际应用
目前，在我国水利工程测量中，采用GPS测量技术建立控制网进行测量已经逐渐取代了传统的控制网建立方法。GPS测量技术具有成本低、效率高和精度高的特点，被广泛应用于水利工程测量当中。与传统的控制网建立方法相比，GPS控制网在布网方案和平差的数学模型上均有很大的差别。本文通过在水利工程测量中如何根据GPS的特点和原理，研究如何设计GPS控制设计布网方案，进而对GPS控制网在水利工程测量中的应用和发展进行探讨，为GPS控制网在水利工程测量行业的发展提供理论参考。
1 GPS技术在水利工程测量中应用的优点
1.1 测量效率高、速度快
水利工程一般都位于山区地带，地形复杂，传统测量方法测量人员需要跋山涉水，沿江、河两岸采用三角锁、网布设控制点，人员投入大，工作效率较低；利用GPS技术进行水利工程测量，选择高处宽阔地带合理架设测量基站，将流动站附于作业人员身上，这对于提高测量速度具有非常重要的意义，通常情况下在几秒钟内就能够获得测点定位，有效地提高了测量效率。
1.2 精确度高、数据可靠
水利工程在冬季一般容易起雾形成云雾缭绕的景观，但对测量工作来说，则通视困难，传统测量方法无法作业且精度较低，有时候只能达到分米级，而利用GPS技术进行水利工程测量，由于其不会受到天气状况的影响，在任何天气状况下都能够提供实时、准确的测量定位。平面数据可达毫米级，高程测量数据能够精确到厘米级，有效地提高了测量数据的精确度和可靠性。
1.3 降低工作量和测量成本
利用GPS技术进行水利工程测量，其不受地形和天气状况的影响，能够完成复杂及大面积的测量工作，不仅测量人员工作量大幅度降低，而且测量周期较短，有利于实现测量成本的节约。
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2 GPS技术在水利工程测量中的应用
2.1 GPS在外业测量中的应用
GPS外业测量要根据卫星数、卫星号、卫星高度角及点位几何精度因子、自然地理状况等合理编制外业观测计划，确定最佳观测卫星组合和最佳观测时段。同时，依据测量任务要求，选用适合的卫星接收机型号，确定好台数，以适应每组观测需求。外业观测计划要符合以下条件：（1）每天最佳观测时段进行全网同步观测，至少跟踪4颗卫星，精度因子不得大于6；（2）天线整平对中，测前与测后的天线高差不能超过2mm，读数精确到1mm；（3）根据基线长短和观测网的等级确定观测时间，若基线长度低于20km，观测时间可取值90min以上。每间隔10－60s进行一次数据采集；（4）观测过程中，工作人员头顶高度不能超过天线，以免影响观测精度。
2.2 GPS在布网工作中的应用
GPS技术在水利工程测量中的应用主要是在以下几个方面：（1）进行施工控制网的布设（2）大坝变形监测网布设（3）库区、滑坡危岩监测控制网（4）库区淹没线测量及占地测量（5）纵断面、横断面的测量。对于水利枢纽工程来说，布设好水利工程施工测量控制网，是进行水利工程施工和工程变形监测的基础，水利工程控制网宜布设成锁网结构，才能满足上述测量的要求，施工控制网宜形成一个沿岸连续性三角锁图形。
2.3 GPS静态测量
在开展水利工程测量工作时，要保证所开展的测量工作具有较高的精度，GPS 静态技术也必不可少。在开展GPS静态测量时，至少需要在两个已知点上设置GPS接收机作为参考基准站，另外根据观测方案设置若干个待测控制点，通过设置合理的采样间隔、足够的观测时长以保证所得到的数据具有较高的准确性，GPS静态测量可作为水利工程测首级控制，为动态测量、剖面测量、滑坡勘察测量、库岸监测等工作打下良好的基础。
2.4 实时动态定位测量
动态定位就在某一定点观察几分钟后，按照最初的设计，以一定的间隔自动进行观测和采样。按照目前的技术水平，精确度已经达到毫米级别。动态定位较静态定位灵活，因而，在水利工程的测量中有着更为广泛的应用前景。例如完成：地图测绘、纵断面的测量、横断面的测量等，若是运用一般的仪器是很难测得的，而利用实时动态定位模式就能很轻松地解决。整个测量过程不需要通视，且其测量精度达到1cm～2cm。因此，它具有一般仪器所没有的优点。
3 实例分析
重庆市彭水县三江口水利枢纽工程位于重庆市彭水县保家镇三江口村，该工程坝底高程235米，坝顶高程310米，最高蓄水位高程306米，库区长度约15公里，跨越了彭水县的保家、龙射、普子等三个乡镇，是一座集灌溉、发电、旅游于一体的综合水利枢纽工程。该库区地形起伏非常大，在库区中段，距离坝址约6公里处，有一段长约4.5公里的峡谷地段，该段河谷高程仅250米，但两边山崖高程达1450米，山势陡峭，根本无法行人，按照传统三角锁网测量方法，不能将库首和库尾的测量系统进行有效联结。为建立库区统一的测量控制系统，我们采用了GPS静态测量和实时动态相结合的测量技术，控制网平面精度按照GB/T18314-2009中的E级GPS控制网的精度要求施测。坐标系统采用1954年北京坐标系，中央子午线经度108度，3度带成果，成果归算到克拉索夫斯基参考椭球面上，高程系统采用1956年黄海高程系。
根据设计方案，采用静态GPS测量技术，中间峡谷地段约4.5公里就不再埋石设点，只需要分别在库首、库尾段布设足够的待测控制点，将整个库区控制测量系统进行有效连接，达到满足地形测量、剖面测量、淹没线测量、滑坡勘察测量等要求。
外业观测时，观测组严格遵守调度命令，按照规定的时间进行作业。每次开机前均认真检查了GPS接收机电源和天线等各项联结是否正确无误。开机后经检验有关指示灯与仪表显示正常后，才会进行自测试并输入测站、观测单元和时段等控制测量基础信息。接收机启动前与作业过程中，随时逐项填写测量手簿中的记录项目。每时段观测前后各量取天线高一次。两次量高之差均不大于3mm，取平均值记录在《静态GPS控制测量观测记录表》中。接收机开始记录数据后，观测员使用专用功能键和选择菜单，查看测站信息、接收卫星数目、卫星号、卫星状况、各通道信噪比、相位测量残差、实时定位的结果及其变化、存储介质记录和电源情况等，防止发生异常情况，出现异常情况及时进行处理。
在基线的解算过程中，应当选择随机软件包中海达GPS数据处理系统，对双差固定解进行合理的选取。本次GPS控制网解算成果如下：平均边长为3564.6m米，最小边长为1179.2米，最大边长为5507.7米，满足了彭水县三江口水利枢纽工程控制测量的设计要求。
随着科学技术的快速发展，GPS在当前各行各业中应用都十分普遍，将其在水利工程测量中进行有效应用，不仅给水利工程建设提供了更多的便利性，而且测量的高精度及高效率，有效地提高了水利工程测量的质量和效率，为水利工程建设提供了重要的技术支持，从而全面提升水利工程建设的水平，为我国水利事业的健康、持续发展奠定良好的基础。
参考文献：
[1] 彭旺泉,唐艳力. 关于GPS在水利工程平面控制测量中边长改正问题的探讨[J]. 城市建设理论研究(电子版),2016(25):92-93.
[2] 汤庆丰. GPS技术在水利工程测量中运用[J]. 低碳世界,2016(08):70-71.
论文作者:方成
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/21
标签：测量论文; 水利工程论文; 高程论文; 库区论文; 技术论文; 精度论文; 静态论文; 《建筑学研究前沿》2017年第34期论文;