浅析GPS静态测量技术在水利工程中的应用

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【摘 要】随着科技的发展，gps技术已经逐渐应用于水利工程测量中，作为水利工程测量勘测技术的一项重大科技革命，　其应用及开发的前景非常广阔。本文中，笔者将根据自己多年的工作经验，简要探讨GPS静态测量技术在水利工程的具体应用，希望对水利工程勘测技术的发展有一定的推进作用。

【关键词】GPS；静态测量；水利工程

1　工程简介

惠来县位于广东省东部沿海，是揭阳市唯一的沿海县。惠来县当前正围绕建设“能源工业大县”和打造“沿海经济产业带”的战略目标，力促社会经济大力发展。随着工业的快速发展，对水资源的需求也越来越大。惠来县水资源分布现状是西部的水资源比较丰富，但是中部和东部地区水资源严重短缺，这严重制约着惠来县整体的发展。为了促进惠来县水资源的合理分配和利用，解决中东部地区的缺水问题，实施惠来县中东部供水工程是非常必要和紧迫的。本工程以邦山水闸和石榴潭水库为水源，交水点为惠来县中部的惠城第四水厂、东福水厂和东部的古杭水库、葫芦潭水库及顶溪水库。线路总长45.6km，其中隧洞长3km，埋地管道长42.6km。本工程按2020年水平年设计，设计调水流量为3.75m3/s，多年平均调水量约7682万m3。其主要建筑物包括：邦山取水泵站、华湖加压泵站、输水隧洞、输水管道、调压塔、量水间等。工程等别为Ⅰ等，主要建筑物级别为1级，次要永久建筑物为3级，临时建筑物为5级，设计地震烈度为Ⅶ度。

2　GPS静态测量技术应用特点

水利工程是国家的经济命脉，提高其工作效率、保障其安全运营是头等大事。但是水利工程规模大、施工难度大、运营管理困难，GPS静态测量技术不仅可以为水利工程的兴建提供及时准确的测量数据和信息，而且也为运营中的水利建筑物的适时安全监测提供了可能性，全球定位技术在水利工程的建设和管理中得到广泛的应用。

（1）平面控制测量。淘汰了常规的导线测量的控制方式，根据工程的实际需要，进行GPS静态定位测量技术。其基本优点首先是高精度，应用实践证明，GPS相对定位精度在50km以内可达10-6ppm。在300-l500m工程精密定位中，1h以上观测的解其平面位置误差小于1mm；其次观测时间短，20km以内相对静态定位，仅需15-20min。

（2）放样测量。在水利工程测量过程中，采取线路放样，进行线路放样时首先在室内根据线路中心线的弯道元素编制线路中心线文件，将该文件和坐标转换参数上传到CPS流动站接收机，在实地依桩号和所放点与中心线的关系进行现场放样。

（3）航空摄影测量外业像控。在水利工程中，测区通常都是条带狭长型，线路一般较长，而且测区树林茂密，通视条件差，而像控点布设一般较为分散，像控点间距离较远，采用传统的控制测量模式不仅耗时费力，而且也很难保证成果精度质量和工期的进度，而采用GPS就很容易解决以上问题，在较短的时间内即可完成外业像控点的采集工作。

（4）高程测量。GPS测量资料与水准测量资料相结合，来确定区域性大地水准面的高程是一种有效的方法。这种方法要求GPS观测点具有水准测量资料且密度适当，分布比较均匀。利用高精度GPS定位技术精密确定观测点的大地高程差，并根据建立的适当大地水准面数学模型，内插出计算点的高程异常或异常差，从而得出特定点的正常高。经过实践证明，采用静态定位方法测出的大地高差误差　可达到3-4ppm，当距离小于20km时，可达到厘米级精度；引入高级水准点，进行高程转换后。在平原和丘陵地中误差可达到±5cm，山区也可以达到±15cm，可以完全代替四等水准。

3　GPS技术在水利工程测量中的应用

GPS技术已经广泛应用于各个领域，水利工程测量中，GPS技术也得到了广泛的应用。比如在本工程中，GPS技术在水利测量中的应用主要包括GPS的外业测量、GPS的布网及观测工作等。

3.1　GPS外业测量

GPS外业测量中，选点是关键。点的定位对于保证测量结果的正确性具有非常重要的意义。因此要在选点前做好充分的准备工作，包括收集和了解有关测区的地理位置，标架，标型的完好状况等，这都是做好选点的关键。

GPS的观测工作主要体现在无线安置和开机观测，这与常规测量有很大的不同。无线安置工作中，要卡中心的上方直接对中，天线基座上的圆水准气泡必须整平；在有风天气中，应将无线进行三方向固定。

3.2　GPS布网工作

对于线路及带状工程测量，例如引水工程等，通常都采用点连式或边连式组成连续发展　的三角锁同步图形，而对于工程枢纽地区的施工控制网和变形监测网，则通常采用边连式或　网连式布设，以增强网形的几何强度，提高GPS控制网的可靠性和数据精度。

本工程可以采用单基准站似中点多边形快速静态测量发，这时快速静态测量又可以满足控制网的精度又可以提高工作效率，但快速静态测量的网型零乱以致水利测量工作者不太喜欢，下面介绍一种测量人很熟悉的网型--中点多边形。

如下图所示，在已知点A上安置基准站，布设多层中点多边形网，两个流动站进行同步观测（图中连线的边），将测区内其它已知点纳入网中（图中B、C、D）图中连线的两点同步观测与基准站构成同步环，相邻两基线构成异步环，整个网型似中点多边形。图中所示4个已知，11个未知点，使用双频机按E级观测，每个时段观测10min，共7个时段70min。又提高了效率又使控制网上了等级。

3.3　观测工作

3.3.1　天线安置

（1）利用水准仪和水准尺按四等水准测量标准测量，校核水准点与地下水监测井周围4个方向的高差、井台、仪器架的高差，并做好数据记录。

（2）GPS　接收机架设在三角架上，安置在校核水准点上方直接对中，对中误差不超过1mm，GPS接收机基座上方的圆水准气泡必须整平。

（3）GPS接收机架好后，在圆盘天线的3个方向分别量取仪器高，数值互差不超过3mm，取平均值记入观测手簿。

（4）安置完成，各项设备检查无误后，打开GPS电源进行预热，等候开机指令进行同步观测。

3.3.2　观测作业

（1）开机后　GPS　接收机有关指示显示正常后，开始工作。

（2）接收机在开始记录数据后，应注意查看有关观测卫星数量等情况。

（3）在出测前认真检查电池容量是否充足，观测过程中也要特别注意供电情况。

（4）仪器高按规定始、末各量测　1　次，并及时计入测量手簿。