GPS在水利工程測量中的應(yīng)用論文
水利工程建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)性和復(fù)雜性極強(qiáng)的工程項(xiàng)目，在建設(shè)過程中需要穿越的地形和地質(zhì)特點(diǎn)尤為復(fù)雜。因此，施工之前的測量工字鋼就顯得尤為重要。在實(shí)際的測量過程中，通過應(yīng)用GPS技術(shù)能夠顯著提高測量工作的效率和精度。但是，在實(shí)際的操作過程中，需要結(jié)合不同的測量項(xiàng)目進(jìn)行針對性的測量工作，這樣才能保證整個(gè)工程的測量水平。
1GPS測量工作原理及其技術(shù)特點(diǎn)
1.1GPS測量工作原理
GPS即GlobalPositioningSystem(全球定位系統(tǒng))，當(dāng)在當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。其作為一種高精度的衛(wèi)星定位技術(shù)，其基本的工作原理是通過發(fā)射的三顆或者三顆以上的衛(wèi)星按照接收機(jī)發(fā)射的指令及技術(shù)要求，對在具體時(shí)刻、特定位置發(fā)出的導(dǎo)航信號進(jìn)行分析，通過建立對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過對應(yīng)的計(jì)算和分析之后，將接收機(jī)所在的位置進(jìn)行定位，最終獲得精確的定位信息。
1.2GPS的技術(shù)特點(diǎn)
GPS技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用過程中具有這樣幾個(gè)方面的特點(diǎn)：①測量站之間不需要進(jìn)行通視，簡化了測量操作程序。在傳統(tǒng)的測量工作中，需要各個(gè)測量站之間進(jìn)行相互通視，而且難度較大，在使用GPS技術(shù)之后，測量站即使不通視也能夠完成位置的精確選擇，使得整個(gè)測量工作更加簡單；②定位系統(tǒng)精度較高。利用雙頻GPS接收機(jī)測量得到的精度與紅外儀測量精度相差無幾，但是紅外線測量儀在測量距離時(shí)精度較差，但雙頻GPS測量方式則不受影響，在小于50km的基線距離上，其定位精度能夠達(dá)到12×10-6m。
2GPS技術(shù)在水利工程基礎(chǔ)測量中的實(shí)際應(yīng)用
水利工程地基基礎(chǔ)測量是保證整個(gè)水利工程實(shí)施整體精度和質(zhì)量的先決條件，為了提高地基測量的精度，需要使用GPS測量技術(shù)。在地基測量的過程中，首先要做好地基測量技術(shù)方案的選擇工作�？紤]到水利工程所在地項(xiàng)目環(huán)境通常比較惡劣，使用傳統(tǒng)的地基地理測量技術(shù)不但難以實(shí)現(xiàn)，而且精度較差，價(jià)值實(shí)際的工程測量區(qū)域范圍較大，通常達(dá)到幾千平方米。因此，在實(shí)際的地理測量過程中，為了保證測量精度和測量效率，通過應(yīng)用GPS測量技術(shù)能夠滿足高精度、長距離、大范圍的相關(guān)要求。在實(shí)際的測量過程中，通常根據(jù)GPS技術(shù)類型的差異而分為GPS-RTK技術(shù)和CORS技術(shù)兩種。這兩種技術(shù)基本都能夠滿足測量需要，但是存在對應(yīng)的'優(yōu)缺點(diǎn)差異。因此，在實(shí)際的測量過程中，需要根據(jù)測量施工的操作習(xí)慣、測量技術(shù)的測量特點(diǎn)等合理選擇測量方案。
3GPS-RTK技術(shù)在渠道測量中的應(yīng)用
3.1GPS-RTK技術(shù)在渠道測量中的優(yōu)勢
渠道測量是水利工程測量的另一個(gè)重要內(nèi)容，使用GPS-RTK技術(shù)能夠顯著提高渠道測量的精度和效率，有效轉(zhuǎn)變采取傳統(tǒng)測量方式存在的受通視條件局限的問題。并且能夠?yàn)闇y量提供高效的測量控制點(diǎn)及其三維坐標(biāo)，且保證精度達(dá)到cm等級。在實(shí)際的渠道測量過程中，使用GPS靜態(tài)測量或者實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量方式建立BM四等水準(zhǔn)點(diǎn)沿渠道進(jìn)行控制，并在各個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置統(tǒng)一的平面坐標(biāo)，通過這種方式完成渠道中樁、邊樁、渠道建筑物等相關(guān)要素的測量，從而完成渠道導(dǎo)線圖的設(shè)計(jì)，繪制得到精確的總平面圖。當(dāng)前，大多數(shù)的勘察設(shè)計(jì)制圖是基于CAD及相關(guān)平臺(tái)開發(fā)的制圖軟件，并結(jié)合全站儀或者水準(zhǔn)儀得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖。在整個(gè)過程中，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和輸入容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，使用GPS-RTK測量技術(shù)之后，能夠迅速直接利用CASS等繪圖軟件繪制渠道的縱、橫斷面圖和導(dǎo)線圖等。
3.2GPS-RTK在渠道測量中的具體應(yīng)用
3.2.1渠道斷面的測量在確定渠道線路之后需要對渠道斷面進(jìn)行測量。每次開始測量之前，需要設(shè)置基站，并對儀器進(jìn)行校點(diǎn)，通常使用三角架，持續(xù)接收10min信號，從而保證測量高程的精度。每架設(shè)一次基站，在其30km范圍內(nèi)可以設(shè)置任意流動(dòng)站，且都以該基站作為基準(zhǔn)，因此需要保證其設(shè)置基準(zhǔn)。在測量斷面的過程中，當(dāng)達(dá)到固定解之后就可以對中樁標(biāo)定，然后根據(jù)渠道設(shè)計(jì)斷面的大小，然后再標(biāo)定上、下邊樁。對邊樁精度進(jìn)行確定時(shí)，對測量精度可以適當(dāng)放寬，通常邊樁的高程限差為10cm即能達(dá)到要求。設(shè)置中樁時(shí)，每相隔20-50m需要設(shè)置1個(gè)中樁，并對應(yīng)測量一個(gè)橫斷面，兩個(gè)中樁之間可以不通視。這有效的減少了傳統(tǒng)的標(biāo)桿測量工作中需要2人保證標(biāo)桿水平垂直而導(dǎo)致的精度較差問題，降低了人工測量的工作量。GPS-RTK渠道斷面測量技術(shù)從測量原理方面提高了斷面測量的精度，而且整個(gè)作業(yè)過程方便靈活。所獲得的中樁坐標(biāo)為三維坐標(biāo)，能夠?qū)⒅糜诶L制準(zhǔn)確的渠道導(dǎo)線圖。
3.2.2RTK渠道建筑物的測量使用GPS-RTK測量方式能夠方便的增加測量交叉建筑物的控制樁，因?yàn)榻ㄖ镒鴺?biāo)高程與渠道線路的坐標(biāo)高程系統(tǒng)一直，可以直接在現(xiàn)場就能夠確定渠道和渡槽、倒虹吸、隧洞的平面交角，并由此而快速準(zhǔn)確的計(jì)算得到水頭損失，最終確定渠道中樁的高程，有效提高渠道外業(yè)測量的工作精度和效率。當(dāng)需要確定隧洞與明渠方案選擇時(shí)，可以使用RTK技術(shù)對測量渠道長度和隧洞長度進(jìn)行快速測量，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際地質(zhì)情況，方便的進(jìn)行方案優(yōu)選。但是，在測量渠道建筑物時(shí)可以適當(dāng)增設(shè)一個(gè)流動(dòng)站，并根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目施工需要對渡槽、倒虹吸、隧洞斷面等地形進(jìn)行測量，使得渠道斷面與建筑物測量能夠同時(shí)進(jìn)行，有效的避免了需要增加測量工作點(diǎn)而導(dǎo)致測量成本增加的問題。
4GPS技術(shù)在水利工程滑坡體測量中的應(yīng)用
水利工程滑坡體的測量一直是水利工程測量的難點(diǎn)，傳統(tǒng)的測量方法存在著諸多的問題：①測量速度慢，整個(gè)測量過程需要花費(fèi)較長時(shí)間，而且獲得的測量結(jié)果存在不同步、不及時(shí)的問題；②易受氣候影響，測量過程中難以按照時(shí)間及規(guī)劃進(jìn)行測量；③測量工作難度較大。
4.1測量內(nèi)容以及控制網(wǎng)的布設(shè)
滑坡體的測量內(nèi)容主要是對滑坡體和地表水位移、被測范圍內(nèi)建筑的沉降等進(jìn)行觀測，獲得地表的垂直位移等數(shù)據(jù)。在沉降測量的過程中，可以首先使用水準(zhǔn)測量儀器進(jìn)行觀測。并根據(jù)布網(wǎng)需要，結(jié)合滑坡區(qū)域的實(shí)地條件，使用合適的控制網(wǎng)布網(wǎng)方式。在獲得對應(yīng)的觀測數(shù)據(jù)之后，每一次數(shù)據(jù)都必須使用自由網(wǎng)進(jìn)行平差處理，并對其與基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)位移比較，觀測其是否處于測量精度范圍內(nèi)。每一期獲得的計(jì)算結(jié)果都必須滿足點(diǎn)位誤差設(shè)計(jì)精度需要，從而獲得準(zhǔn)確的滑坡體及地表諸多GPS測量點(diǎn)的實(shí)際位移數(shù)據(jù)。
4.2GPS測量方案
水利工程滑坡體測量過程中容易因?yàn)橥馏w的滑動(dòng)和坍塌，而導(dǎo)致部分測量點(diǎn)位置出現(xiàn)破壞。因此，在使用GPS技術(shù)進(jìn)行測量時(shí)，可以使用雙基點(diǎn)測量法，即在左壩頭的滑坡體測量時(shí)，使用同一個(gè)工作基點(diǎn)來進(jìn)行觀測對滑坡體進(jìn)行綜合分析與數(shù)據(jù)處理。通過雙基點(diǎn)測量方案，能夠得到可靠的測量數(shù)據(jù)。
4.3GPS測量數(shù)據(jù)處理
在獲得測量數(shù)據(jù)之后，必須利用專業(yè)的GPS數(shù)據(jù)軟件對基線進(jìn)行計(jì)算，為了保證數(shù)據(jù)處理負(fù)荷要求，要做好如下幾點(diǎn)：①推薦在WGS-84系統(tǒng)中進(jìn)行計(jì)算，對不合格的基線進(jìn)行優(yōu)化，使得同步環(huán)、異步環(huán)合格之后使用標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行計(jì)算；②計(jì)算的過程中要借助使用廣播星歷進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理；③同時(shí)段內(nèi)測量得到的數(shù)據(jù)中，其剔除率應(yīng)該控制在10%以內(nèi)。
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