水利水電工程勘測(cè)中GPS的應(yīng)用

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摘要：在信息時(shí)代，水利水電工程勘測(cè)工作日益步入信息化、數(shù)字化、高標(biāo)準(zhǔn)化和現(xiàn)代化，勘測(cè)應(yīng)用技術(shù)質(zhì)量在不斷提高。目前，gps技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水利水電工程勘測(cè)工作中，有效提高了勘測(cè)數(shù)據(jù)的精確性。文章將系統(tǒng)論述GPS技術(shù)在水利水電工程勘測(cè)中的應(yīng)用方案。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；水利水電工程；勘測(cè)技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，各地非常重視本地水利水電工程項(xiàng)目建設(shè)，為該項(xiàng)目投入足量的資金，有效提高了水利水電工程建設(shè)質(zhì)量。大多數(shù)水利水電工程均修建于偏遠(yuǎn)山區(qū)，測(cè)量控制點(diǎn)很難滿足高等級(jí)要求，給測(cè)量工作帶來(lái)困難。進(jìn)入信息時(shí)代后，信息技術(shù)的全面融入有效促進(jìn)了各行業(yè)的發(fā)展，工程測(cè)量行業(yè)也不例外。信息技術(shù)所支持的GPS系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于水文地質(zhì)勘測(cè)、海洋平臺(tái)勘測(cè)定位、變形探測(cè)、地球物理資源探測(cè)、航空航天科學(xué)研究和車輛導(dǎo)航等管理工作中。本文將簡(jiǎn)單介紹GPS技術(shù)在水利水電工程勘測(cè)中的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)論述GPS技術(shù)在水利水電工程勘測(cè)中的應(yīng)用方案，并分層淺談GPS技術(shù)在水利水電工程勘測(cè)中的應(yīng)用要點(diǎn)。

1GPS技術(shù)在水利水電工程勘測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

從宏觀層次來(lái)看，GPS技術(shù)在水利水電工程勘測(cè)中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在5個(gè)方面：（1）測(cè)量精度極高，能夠滿足實(shí)施全天候勘測(cè)作業(yè)的要求，準(zhǔn)確獲取安全可靠的數(shù)據(jù)信息。GPS技術(shù)能夠提供準(zhǔn)確的三維位置，準(zhǔn)確把握三維速度與精密的時(shí)間，不受外在天氣與地質(zhì)環(huán)境的影響。通常在10km的測(cè)量半徑內(nèi)，GPS技術(shù)能準(zhǔn)確定位測(cè)試點(diǎn)的三維坐標(biāo)，將高程精度確定到厘米級(jí)和四等水準(zhǔn)。（2）降低了勞動(dòng)強(qiáng)度與難度，節(jié)省了大量人力資源。GPS技術(shù)具備自動(dòng)化、信息化、智能化條件，能夠克服復(fù)雜的地形條件和地物障礙，無(wú)須過(guò)多人為操作能完成高精度勘測(cè)工作，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度與難度，減少了人力成本的投入。（3）勘測(cè)工作速度極快。在運(yùn)用GPS技術(shù)開展水利水電工程測(cè)量工作時(shí)，需要在四等水準(zhǔn)的精度點(diǎn)上科學(xué)架設(shè)測(cè)量基站，由勘測(cè)工作人員輪流背負(fù)流動(dòng)站，通常，每一站點(diǎn)的定位工作僅需要幾秒鐘。即使遇到衛(wèi)星信號(hào)不佳的狀況，也能夠在10min內(nèi)完成定位勘測(cè)工作。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用GPS技術(shù)平均每天所測(cè)量的河道斷面大約有1.5個(gè)，和傳統(tǒng)勘測(cè)技術(shù)相比，該技術(shù)將工作效率提高了67%。（4）做好不規(guī)則區(qū)域勘測(cè)工作。傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)很難準(zhǔn)確獲取不規(guī)則區(qū)域的勘測(cè)數(shù)據(jù)，GPS技術(shù)能克服這一缺陷，該技術(shù)會(huì)沿著所運(yùn)行的路線繪制一條軌跡，迅速計(jì)算該條軌跡所涉及的區(qū)域面積，計(jì)算結(jié)果精確度極高。（5）實(shí)現(xiàn)河道斷面勘測(cè)結(jié)果直觀化與可視化。運(yùn)用GPS技術(shù)開展水利水電工程勘測(cè)工作能夠準(zhǔn)確定位河道勘測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，獲取精確信息與三維地圖，實(shí)現(xiàn)河道斷面勘測(cè)結(jié)果直觀化與可視化。

2GPS技術(shù)在水利水電工程勘測(cè)中的應(yīng)用方案

2.1控制好勘測(cè)高程與水準(zhǔn)

優(yōu)化GPS技術(shù)在水利水電工程勘測(cè)中的應(yīng)用方案，確?？睖y(cè)結(jié)果的精確度，必須控制勘測(cè)高程與水準(zhǔn)。地面上的勘測(cè)點(diǎn)和其所相對(duì)的高程基準(zhǔn)面之間的高度就是正常高程（又名絕對(duì)高程）。在測(cè)量工作中，應(yīng)準(zhǔn)確定位地面勘測(cè)點(diǎn)和其所相對(duì)的高程基準(zhǔn)面。其次，控制好高程誤差。導(dǎo)致高程誤差的原因是多方面的，主要原因是儀器存在誤差、電磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量工作有影響、來(lái)自大氣垂直折光的影響以及磁場(chǎng)對(duì)補(bǔ)償式自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的負(fù)面影響，對(duì)于誤差問(wèn)題，應(yīng)通過(guò)規(guī)范操作流程予以控制。

2.2確保GPS大地高的測(cè)量精度

確保GPS大地高的測(cè)量精度，必須按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，控制測(cè)量平面的精度，準(zhǔn)確獲取兩點(diǎn)之間的大地高差，大地高差的精度是平面控制精度的兩倍。在控制網(wǎng)里，須正確運(yùn)用幾何水準(zhǔn)勘測(cè)法來(lái)測(cè)量1/3GPS點(diǎn)的水準(zhǔn)高程。

2.3做好GPS高程轉(zhuǎn)換工作

全面做好GPS高程轉(zhuǎn)換工作，必須根據(jù)實(shí)際情況正確選用繪等值線圖法、多項(xiàng)式曲面擬合法或者曲線擬合法來(lái)實(shí)現(xiàn)高程轉(zhuǎn)換。通常，在使用繪等值線圖法的過(guò)程中，應(yīng)謹(jǐn)遵聯(lián)測(cè)原理，根據(jù)觀測(cè)信息獲取GPS點(diǎn)的大地高，用公式計(jì)算點(diǎn)的正常高。在使用多項(xiàng)式曲面擬合法的同時(shí)應(yīng)融入數(shù)值擬合法以測(cè)量大地水準(zhǔn)面，準(zhǔn)確計(jì)算待定點(diǎn)的高程。在運(yùn)用曲線擬合法的過(guò)程中不僅要精確計(jì)算高程，而且要準(zhǔn)確定位水準(zhǔn)面曲線，擬合初測(cè)線的方向，精確實(shí)現(xiàn)高程轉(zhuǎn)換。

3GPS技術(shù)在水利水電工程勘測(cè)中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1堅(jiān)持GPS布網(wǎng)原則

運(yùn)用GPS技術(shù)做好水利水電工程勘測(cè)工作，必須恪守GPS布網(wǎng)原則，即根據(jù)實(shí)測(cè)區(qū)域和大地水準(zhǔn)面的變化情況來(lái)確定聯(lián)測(cè)幾何水準(zhǔn)的點(diǎn)數(shù)。聯(lián)測(cè)幾何水準(zhǔn)的點(diǎn)數(shù)與總點(diǎn)數(shù)的比例是1：5。在山區(qū)，需要根據(jù)實(shí)際情況增加聯(lián)測(cè)幾何水準(zhǔn)的點(diǎn)數(shù)，此外，須均勻布置點(diǎn)位。

3.2搭建勘測(cè)管理平臺(tái)

提升GPS技術(shù)在水利水電工程勘測(cè)中的應(yīng)用效果，應(yīng)搭建勘測(cè)管理平臺(tái)對(duì)具體勘測(cè)工作進(jìn)行全方位跟蹤與監(jiān)控。與此同時(shí)，應(yīng)全面監(jiān)測(cè)水流量與蒸發(fā)量，是運(yùn)用GPS技術(shù)定位某一區(qū)域工程，收集勘測(cè)區(qū)域內(nèi)部數(shù)據(jù)信息，分析該區(qū)域的蒸發(fā)量，計(jì)算地表水和地下水的相對(duì)數(shù)值。構(gòu)建精確的水文結(jié)構(gòu)模型，初步估算該區(qū)域的水資源存儲(chǔ)量與徑流量。此外，在計(jì)算蒸發(fā)量的過(guò)程中，應(yīng)綜合采用全遙感信息模型法、統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)法和能力余項(xiàng)法。在檢測(cè)水資源蒸發(fā)量的過(guò)程中，必須對(duì)勘測(cè)區(qū)域多層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集和提煉，全面分析土壤地表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分布特征，準(zhǔn)確獲取探測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建日平均蒸散技術(shù)模型，通過(guò)觀察模型參數(shù)了解地表蒸發(fā)狀態(tài)。其次，應(yīng)注意做好區(qū)域水資源管理監(jiān)測(cè)、地下水源勘察和降雨量勘測(cè)工作。在區(qū)域水資源管理監(jiān)測(cè)中，須借助GPS技術(shù)構(gòu)建完善的水文地理信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)該區(qū)域的水資源流量和淡水量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，通過(guò)獲取和分析數(shù)據(jù)加強(qiáng)河流支流水體管理工作，為水資源開發(fā)利用提供科學(xué)的參考依據(jù)。在地下水資源勘查工作中，應(yīng)充分利用GPS技術(shù)勘測(cè)地下水層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)狀況與水層邊界，分析地下水流動(dòng)規(guī)律，準(zhǔn)確判斷地下水的動(dòng)態(tài)特征，為地下水資源開發(fā)利用工作提供參考。此外，要將地下水資源勘測(cè)數(shù)據(jù)輸入空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)內(nèi)，同設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)與檢索服務(wù)，提高信息查詢效率。在降雨量勘察工作中，應(yīng)利用GPS技術(shù)對(duì)不同流域的降雨量進(jìn)行勘察、計(jì)算和對(duì)比分析。流域降雨量和所處環(huán)境的水資源管理、水庫(kù)調(diào)度、植被覆蓋率以及供水系統(tǒng)設(shè)置密切相關(guān)。在計(jì)算流域降雨量時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況正確采用等雨量線法、算術(shù)平均法和三角形法進(jìn)行準(zhǔn)確核算。要做好監(jiān)控主機(jī)信息表編制工作，要認(rèn)真編寫虛擬機(jī)信息表的編制工作，對(duì)整個(gè)水利水電工程建設(shè)進(jìn)行全方位監(jiān)控，而且，要注意正確編寫虛擬機(jī)的名稱，對(duì)水利水電工程IP地址實(shí)施準(zhǔn)確設(shè)置。目前，虛擬機(jī)信息表的字段名稱一共有8個(gè)，以下是虛擬信息表的字段名稱：Vmuid，該名稱代指虛擬機(jī)的編號(hào)，所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型通常用Varechar表示，在編制該名稱的同時(shí)，要將數(shù)據(jù)長(zhǎng)度控制為32。該名稱的輸出顯示只有Y，是yes的縮寫。Nerate，該名稱特指虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)流量，所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型常用Float表示。Nerate最終的輸出顯示為N，是no的縮寫。Vmname，即虛擬機(jī)的英文名稱，常用Varechar表示其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，在編寫該名稱時(shí)，要將其數(shù)據(jù)長(zhǎng)度控制為32，需要注意的是，該名稱最終的輸出顯示是N。Ipadd，該名稱用于表示IP地址，所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型是Varechar，在編寫該名稱時(shí)要將其數(shù)據(jù)長(zhǎng)度控制為18，最終的輸出顯示是N。Memrate，該名稱指內(nèi)存利用率，F(xiàn)loat是其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，在編寫該名稱時(shí)要將數(shù)據(jù)長(zhǎng)度控制為0，最終的輸出顯示是N。Hostuid，該名稱代指主機(jī)編號(hào)，numrtic是其所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，在編寫該名稱時(shí)要將數(shù)據(jù)長(zhǎng)度控制為20，最終的輸出顯示為N。Cpurate，該名稱用于表示CPU的利用率，F(xiàn)loat是其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，在編寫該名稱時(shí)要將數(shù)據(jù)長(zhǎng)度控制為0。state、tinyin是它對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，最終的輸出顯示是N。勘測(cè)監(jiān)控管理模塊會(huì)通過(guò)同時(shí)啟用物理主機(jī)與虛擬機(jī)依次完成信息采集工作，從基礎(chǔ)技術(shù)角度來(lái)看，該模塊是通過(guò)運(yùn)行HostCollect所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)來(lái)收集所需要的信息，并對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合分析。從信息采集與整合分析工作流程來(lái)看，整個(gè)工作流程包括masterip列表的生成、通過(guò)啟動(dòng)每個(gè)masterip來(lái)正確調(diào)整和控制其所對(duì)應(yīng)的線程，結(jié)合信號(hào)量的倒計(jì)數(shù)對(duì)鎖存器進(jìn)行鎖控，實(shí)現(xiàn)主線程的科學(xué)控制、做好各條子線程所對(duì)應(yīng)的作業(yè)。確保模塊的各項(xiàng)功能得以充分發(fā)揮與安全調(diào)控，通過(guò)正確編制List列表對(duì)象實(shí)現(xiàn)所有信息數(shù)據(jù)的整合存儲(chǔ)工作，按照標(biāo)準(zhǔn)流程做好單一masterip線程作業(yè)。

3.3確保GPS高程擬合精度

確保GPS高程擬合精度，必須做好多方面的工作。首先，要準(zhǔn)確把握最佳觀測(cè)時(shí)段，精選雙頻GPS接收機(jī)，準(zhǔn)確定位GPS網(wǎng)基線解算的起算點(diǎn)坐標(biāo)，全面控制對(duì)流層延遲所導(dǎo)致的誤差和多路徑誤差問(wèn)題。其次，正確運(yùn)用三等幾何水準(zhǔn)做好GPS點(diǎn)的聯(lián)測(cè)工作，盡量縮小誤差。另外，正確運(yùn)用當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)地心坐標(biāo)來(lái)轉(zhuǎn)換參數(shù)，有助于確保轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，運(yùn)用GPS技術(shù)做好水利水電工程測(cè)量工作，必須規(guī)范操作流程，確保GPS大地高的測(cè)量精度，做好GPS高程轉(zhuǎn)換工作，準(zhǔn)確把握GPS技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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[2]陶歆貴.GPSRTK技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].銅業(yè)工程，2017（2）：10-12.

作者：何飛 熊世旺 單位：中國(guó)水利水電第八工程局有限公司