水利水電工程勘測中GPS的應(yīng)用

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摘要：在信息時代，水利水電工程勘測工作日益步入信息化、數(shù)字化、高標準化和現(xiàn)代化，勘測應(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工作中，有效提高了勘測數(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中的應(yīng)用方案。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；水利水電工程；勘測技術(shù)

隨著社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，各地非常重視本地水利水電工程項目建設(shè)，為該項目投入足量的資金，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山區(qū)，測量控制點很難滿足高等級要求，給測量工作帶來困難。進入信息時代后，信息技術(shù)的全面融入有效促進了各行業(yè)的發(fā)展，工程測量行業(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、海洋平臺勘測定位、變形探測、地球物理資源探測、航空航天科學研究和車輛導航等管理工作中。本文將簡單介紹GPS技術(shù)在水利水電工程勘測中的優(yōu)勢，系統(tǒng)論述GPS技術(shù)在水利水電工程勘測中的應(yīng)用方案，并分層淺談GPS技術(shù)在水利水電工程勘測中的應(yīng)用要點。

1GPS技術(shù)在水利水電工程勘測中的優(yōu)勢

從宏觀層次來看，GPS技術(shù)在水利水電工程勘測中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在5個方面：（1）測量精度極高，能夠滿足實施全天候勘測作業(yè)的要求，準確獲取安全可靠的數(shù)據(jù)信息。GPS技術(shù)能夠提供準確的三維位置，準確把握三維速度與精密的時間，不受外在天氣與地質(zhì)環(huán)境的影響。通常在10km的測量半徑內(nèi)，GPS技術(shù)能準確定位測試點的三維坐標，將高程精度確定到厘米級和四等水準。（2）降低了勞動強度與難度，節(jié)省了大量人力資源。GPS技術(shù)具備自動化、信息化、智能化條件，能夠克服復雜的地形條件和地物障礙，無須過多人為操作能完成高精度勘測工作，降低了工作人員的勞動強度與難度，減少了人力成本的投入。（3）勘測工作速度極快。在運用GPS技術(shù)開展水利水電工程測量工作時，需要在四等水準的精度點上科學架設(shè)測量基站，由勘測工作人員輪流背負流動站，通常，每一站點的定位工作僅需要幾秒鐘。即使遇到衛(wèi)星信號不佳的狀況，也能夠在10min內(nèi)完成定位勘測工作。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，運用GPS技術(shù)平均每天所測量的河道斷面大約有1.5個，和傳統(tǒng)勘測技術(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)域勘測工作。傳統(tǒng)測量技術(shù)很難準確獲取不規(guī)則區(qū)域的勘測數(shù)據(jù)，GPS技術(shù)能克服這一缺陷，該技術(shù)會沿著所運行的路線繪制一條軌跡，迅速計算該條軌跡所涉及的區(qū)域面積，計算結(jié)果精確度極高。（5）實現(xiàn)河道斷面勘測結(jié)果直觀化與可視化。運用GPS技術(shù)開展水利水電工程勘測工作能夠準確定位河道勘測點的三維坐標，獲取精確信息與三維地圖，實現(xiàn)河道斷面勘測結(jié)果直觀化與可視化。

2GPS技術(shù)在水利水電工程勘測中的應(yīng)用方案

2.1控制好勘測高程與水準

優(yōu)化GPS技術(shù)在水利水電工程勘測中的應(yīng)用方案，確?？睖y結(jié)果的精確度，必須控制勘測高程與水準。地面上的勘測點和其所相對的高程基準面之間的高度就是正常高程（又名絕對高程）。在測量工作中，應(yīng)準確定位地面勘測點和其所相對的高程基準面。其次，控制好高程誤差。導致高程誤差的原因是多方面的，主要原因是儀器存在誤差、電磁場對測量工作有影響、來自大氣垂直折光的影響以及磁場對補償式自動安平水準儀的負面影響，對于誤差問題，應(yīng)通過規(guī)范操作流程予以控制。

2.2確保GPS大地高的測量精度

確保GPS大地高的測量精度，必須按照國家標準要求，控制測量平面的精度，準確獲取兩點之間的大地高差，大地高差的精度是平面控制精度的兩倍。在控制網(wǎng)里，須正確運用幾何水準勘測法來測量1/3GPS點的水準高程。

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)實際情況正確選用繪等值線圖法、多項式曲面擬合法或者曲線擬合法來實現(xiàn)高程轉(zhuǎn)換。通常，在使用繪等值線圖法的過程中，應(yīng)謹遵聯(lián)測原理，根據(jù)觀測信息獲取GPS點的大地高，用公式計算點的正常高。在使用多項式曲面擬合法的同時應(yīng)融入數(shù)值擬合法以測量大地水準面，準確計算待定點的高程。在運用曲線擬合法的過程中不僅要精確計算高程，而且要準確定位水準面曲線，擬合初測線的方向，精確實現(xiàn)高程轉(zhuǎn)換。

3GPS技術(shù)在水利水電工程勘測中的應(yīng)用要點

3.1堅持GPS布網(wǎng)原則

運用GPS技術(shù)做好水利水電工程勘測工作，必須恪守GPS布網(wǎng)原則，即根據(jù)實測區(qū)域和大地水準面的變化情況來確定聯(lián)測幾何水準的點數(shù)。聯(lián)測幾何水準的點數(shù)與總點數(shù)的比例是1：5。在山區(qū)，需要根據(jù)實際情況增加聯(lián)測幾何水準的點數(shù)，此外，須均勻布置點位。

3.2搭建勘測管理平臺

提升GPS技術(shù)在水利水電工程勘測中的應(yīng)用效果，應(yīng)搭建勘測管理平臺對具體勘測工作進行全方位跟蹤與監(jiān)控。與此同時，應(yīng)全面監(jiān)測水流量與蒸發(fā)量，是運用GPS技術(shù)定位某一區(qū)域工程，收集勘測區(qū)域內(nèi)部數(shù)據(jù)信息，分析該區(qū)域的蒸發(fā)量，計算地表水和地下水的相對數(shù)值。構(gòu)建精確的水文結(jié)構(gòu)模型，初步估算該區(qū)域的水資源存儲量與徑流量。此外，在計算蒸發(fā)量的過程中，應(yīng)綜合采用全遙感信息模型法、統(tǒng)計經(jīng)驗法和能力余項法。在檢測水資源蒸發(fā)量的過程中，必須對勘測區(qū)域多層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息進行收集和提煉，全面分析土壤地表實時數(shù)據(jù)分布特征，準確獲取探測數(shù)據(jù)，構(gòu)建日平均蒸散技術(shù)模型，通過觀察模型參數(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、地下水源勘察和降雨量勘測工作。在區(qū)域水資源管理監(jiān)測中，須借助GPS技術(shù)構(gòu)建完善的水文地理信息監(jiān)測系統(tǒng)，對該區(qū)域的水資源流量和淡水量進行動態(tài)監(jiān)測，通過獲取和分析數(shù)據(jù)加強河流支流水體管理工作，為水資源開發(fā)利用提供科學的參考依據(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，分析地下水流動規(guī)律，準確判斷地下水的動態(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)對不同流域的降雨量進行勘察、計算和對比分析。流域降雨量和所處環(huán)境的水資源管理、水庫調(diào)度、植被覆蓋率以及供水系統(tǒng)設(shè)置密切相關(guān)。在計算流域降雨量時，應(yīng)結(jié)合實際情況正確采用等雨量線法、算術(shù)平均法和三角形法進行準確核算。要做好監(jiān)控主機信息表編制工作，要認真編寫虛擬機信息表的編制工作，對整個水利水電工程建設(shè)進行全方位監(jiān)控，而且，要注意正確編寫虛擬機的名稱，對水利水電工程IP地址實施準確設(shè)置。目前，虛擬機信息表的字段名稱一共有8個，以下是虛擬信息表的字段名稱：Vmuid，該名稱代指虛擬機的編號，所對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型通常用Varechar表示，在編制該名稱的同時，要將數(shù)據(jù)長度控制為32。該名稱的輸出顯示只有Y，是yes的縮寫。Nerate，該名稱特指虛擬機的網(wǎng)絡(luò)流量，所對應(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，即虛擬機的英文名稱，常用Varechar表示其對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，在編寫該名稱時，要將其數(shù)據(jù)長度控制為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，所對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型是Varechar，在編寫該名稱時要將其數(shù)據(jù)長度控制為18，最終的輸出顯示是N。Memrate，該名稱指內(nèi)存利用率，F(xiàn)loat是其對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，在編寫該名稱時要將數(shù)據(jù)長度控制為0，最終的輸出顯示是N。Hostuid，該名稱代指主機編號，numrtic是其所對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，在編寫該名稱時要將數(shù)據(jù)長度控制為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是其對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，在編寫該名稱時要將數(shù)據(jù)長度控制為0。state、tinyin是它對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，最終的輸出顯示是N。勘測監(jiān)控管理模塊會通過同時啟用物理主機與虛擬機依次完成信息采集工作，從基礎(chǔ)技術(shù)角度來看，該模塊是通過運行HostCollect所對應(yīng)的數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)來收集所需要的信息，并對數(shù)據(jù)信息進行整合分析。從信息采集與整合分析工作流程來看，整個工作流程包括masterip列表的生成、通過啟動每個masterip來正確調(diào)整和控制其所對應(yīng)的線程，結(jié)合信號量的倒計數(shù)對鎖存器進行鎖控，實現(xiàn)主線程的科學控制、做好各條子線程所對應(yīng)的作業(yè)。確保模塊的各項功能得以充分發(fā)揮與安全調(diào)控，通過正確編制List列表對象實現(xiàn)所有信息數(shù)據(jù)的整合存儲工作，按照標準流程做好單一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，要準確把握最佳觀測時段，精選雙頻GPS接收機，準確定位GPS網(wǎng)基線解算的起算點坐標，全面控制對流層延遲所導致的誤差和多路徑誤差問題。其次，正確運用三等幾何水準做好GPS點的聯(lián)測工作，盡量縮小誤差。另外，正確運用當前標準地心坐標來轉(zhuǎn)換參數(shù)，有助于確保轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度。

4結(jié)語

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

參考文獻

[1]杜珍應(yīng).GPSRTK技術(shù)在水利工程控制測量中的精度分析[J].煤炭技術(shù)，2017，26（5）：118-119.

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

作者：何飛 熊世旺 單位：中國水利水電第八工程局有限公司