浅析GPS技术在水利工程测绘中的应用

摘要： 随着近年来我国经济发展,对勘测工作也提出了要求, gps技术在水利工程测绘中,以低成本、高精度等优点,被广泛用于水利工程中。本文介绍了GPS技术在水利工程测量中的发展优势，目前可以在几秒钟内就可以获得高精度定位数据,在水利工程测绘中的应用越来越广泛。

关键词：水利工程；测绘；应用

中图分类号：TV文献标识码： A 文章编号：

Abstract: along with the recent years our country economy development, the survey also raised a requirement, GPS technology in water conservancy engineering surveying, with low cost, high precision, is widely used in water conservancy engineering. This paper introduces the GPS technology in water conservancy engineering measurement in development advantage, can present in a few seconds can obtain high precision positioning data, in water conservancy engineering more and more widely used in surveying and mapping.

Key words: hydraulic engineering; surveying; application

引言

测绘工作的成败将直接影响到工程的准确性。而水利工程从立项到可行性研究再到初步设计直至最后的施工都离不开测绘的支持。因此，测绘工作的效率、精度，在工程中起着关键性的作用，采用先进的测绘仪器、测绘技术和测绘方法也就必须在工作中得到应用。

1 GPS在水利工程技术的发展远景

GPS在水利工程中的应用, 对水利工程勘测手段和作业方法产生了革命性的变革, 极大地提高了测量精度与测量效率, 特别是实时动态( RTK )定位技术将会在水利工程前期勘测、水利工程的施工以及后期的管理工作发挥不可或缺的作用。

现代水利工程规模大，工期较长，技术高，所以在前期规划设计时需要大量的原始数据做基础，因而对测绘速度有着更高的要求，水利工程往往是任务突然，工期紧迫，所以对测绘的要求就是在短时间内提供海量数据，这靠传统的作业模式是行不通的，这时就需要高科技技术在短时间内获取数据。在水利工程中，应用到如下的测绘技术和测绘方法，对于这些方法的掌握和实践，既丰富了测绘理论，又加快了测绘速度。

2GPS(RTK)技术的在水利工程中的优势

GPS是全球定位系统，它是由美国陆海空三军在20世纪70年代联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。随着全球经济的蓬勃发展, GPS民用信号精度在全球范围内得到改善, 使GPS技术在全球范围得到广泛应用。目前GPS( RTK) 技术已经广泛地应用于导航、测速、时间比对、大地测量, 工程勘测、地壳监测、航空与卫星遥感、地籍测量及施工测量等众多的领域, 其优越性与应用价值众所周知。由GPS, GIS, RS 技术集成或综合的“3S”技术, 拓宽了信息采集与处理功能, 保持了信息的可靠性。

目前没有一种单一设备或者技术能够实现水下技术，但是可以通过一系列的一起组合进行数据采集，例如RTK+测深仪等。应用GPS 进行水下地形测量的步骤：运用GPS 和导航软件对测量船进行定位，并指导测量船在指定测量断面上航行，导航软件每隔一个时间段自动纪录水深数据，并进行验证潮位输出，结合RTK 所测量的平面坐标。从而实现对于水下地形的测量任务。

( 1)利用GPS( RTK )技术进行水利工程测量, 可以提供快速和高精度的实时三维坐标数据, 约束条件少, 节省大量测量时间, 实现了效率化、自动化、智能化。

( 2)高精度的测量成果, 保障了水利工程的安全性,让水利工程更好地发挥应有作用, 为我国的经济发展做出贡献。

( 3) GPS技术与全站仪等仪器可以联合作业, 发挥各自优势, 更快更好地做好水利工程前期测绘工作。

3GPS技术在工程中存在的问题及解决措施

3.1存在的问题

( 1)在水利工程测量前期, 搜集到的控制点一般很难保证为同一测量系统, 往往国测、军测、城市控制点混杂一起, 这就存在系统间的兼容性问题, 如果用不兼容的起算点, 势必影响测量质量。

（2）控制测量是工程测量中比较有代表性的一个工序，也是最关键的一环，整个工程的资料是否准确和这一环节有着最直接的联系。进行GPS 静态测量时，认为GPS接收机的天线在整个观测过程中的位置是静止，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量，通过接收到的卫星数据的变化来求得待定点的坐标。

( 3)常规测量技术由于自身的笨拙等原因, 导致测量效率低下, 单位时间内测量到的有效数据较少, 难免影响工程进度。

( 4)国家三角点破坏严重, 影响测量作业。国家基础控制点, 大多为20世纪50、60年代完成, 在这几十年的时间里, 有些国家点由于经济建设的需要被破坏, 有些点则由于人们缺乏相应知识遭人为破坏。没有足够的联测点, 控制测量的质量就得不到保证。

( 5)地面通视困难, 往往影响常规测量的实施。水利工程往往为窄带状结构, 沿线几乎都要进行隧道开挖、桥梁架设等工作, 对控制点的三维坐标精度要求很高, 以保证工程的顺利进行。但水利工程大多在山区进行, 交通不便, 通视困难, 用红外测距仪施测导线网方法费工费时, 且精度难以保证。

3.2解决措施

对于平面一般采用导线网进行平面的基本控制。虽然其优点是灵活多变，并且推进容易，但是精度较差，中途需要多次多条件检核。针对本工程线路长的特点，如果想取得可靠的精度，只能提高导线网的等级，这将增加了作业难度，延缓了作业进度。

水利工程固有属性决定其必定工程大，周期长，范围广。而作为一切工作之首的测绘工作就显得尤其重要。因为一项水利工程从立项到可行性研究再到初步设计直至最后的施工都离不开测绘的支持。因此，测绘工作的效率、精度，以及反映实地情况的准确度在水利工程中起着关键性的作用，甚至可以说决定着一项水利工程的未来，因而先进的测绘仪器、测绘技术和测绘方法也就必须在工作中得到应用。然而，任何一项技术都不是完美的，在水利工作中，同样也会遇到很多问题。目前，我认为，在测量中还有如下几个方面的技术仍难以直接获取数据，对于此类工作，仍需要用测绘方法或者测绘仪器的组合来完成，而没有一款针对此种数据获取的仪器出现。

4 GPS技术于水利工程测量中的应用

4.1工程概况及控制测量目标

以某水电开发规划工程为例，我们需要完成水电规划工程控制测量。具体控制目标有: （1）连测国家点4个；（2）四等GPS点24 个；（3）五等GPS点27个； （4）四等水准测量75 km。

4.2作业技术依据

按《水利水电工程测量规范》( SL197- 97)执行。参照《全球定位系统》( GPS ）测量规范 ( GB /T18314- 2001) 。

4.3作业方法

GPS 数据采样、基线解算、整体平差和坐标转换均满足规范中有关条款规定。

( 1)平面控制测量网的布设。在枢纽等主要建筑物处埋设了3-4个五等点,其它在河道每隔4-5km的位置埋设了一个四等点, 在河道每隔1-2km的位置埋设了一个五等点为过渡点, 且两点通视, 为以后测量工作的发展打下基础。

( 2)标石的埋设。标石埋设于地质坚硬、便于保存、观测有利之处。标石埋设严格按照技术设计书要求执行, 保证了后续工作的顺利进行。

( 3) 观测方法。GPS网采用二台T rim ble 5700 双频GPS接收机和三台Trim ble 4600 单频GPS 接收机进行同步观测。因测考虑到观测卫星条件不太好, 故每个时段四等观测时间≥ 45 m in, 五等观测时间≥ 40 m in, GDOP值≤ 6, 卫星截止高度角≥200, 接收机连续同步跟踪卫星数(颗)≥4, 天线标志线指北, 对中误差及仪器高的量取均至1 mm, 外业采样数据剔除率< 5%。网形采用了图形强度较强的边连式。

结束语

GPS 是一个由覆盖全球的24 颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4 颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。差分GPS 测量是使用两台以上接收机对卫星进行同步观测。这种观测方式可消除或减弱定位过程中的某些误差影响，如卫星中误差、接收机中误差、大气传播误差和卫星轨道误差，从而获得精确的测量数据。GPS 静态的模式，利用卫星信号，通过差分计算来获取点位坐标的技术，类似于后方交会技术，即在未知点上观测一旁位置的卫星的一种方法，这种方法以及仪器的出现，使得传统测绘中的点位通视问题被彻底解决，实现了设站自由的作业模式。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。