GPS技术在水利工程地质测绘中的应用

宋波

摘 要：GPS，即全球定位系统。应用于水利水电工程地质勘察测量及定位控制，传统方法进行勘测，跨河、跨沟水准难以传递，GPS则可以在高程控制方面较好地解决这个问题。另外，有时，勘察区控制点较少，或在山区、林区等进行勘时，通视条件较差导致观测条件受限，运用GPS则可解决这些困难，提高测量精度，还可以大大减少作业时间。由于水利建设的特殊性，信息技术在水利工程地质测绘中一直应用较为广泛。本文就以GPS新技术在水利工程地质测绘中的应用为例对计算机软件在水利工程中的应用作了浅论。

关键词：水利工程；地质测绘；GPS；新技术

1 前言

社会的进步使水利工程发展迅速，并且在当今的经济发展中占据着重要的地位。GPS 测绘技术使水利工程的设计、规划、测量、施工等更趋于科学化，可以全方位地进行水利工程的运行与管理。论文探讨了 GPS 技术在水利工程地质测绘中的主要运用。GPS 测绘技术具有广泛的发展前景，将会随着各个工程的需要，在功能等方面不断完善与发展。

2 GPS 技术的概述

GPS 技术是应用美国的卫星定位技术。它具有很高的精度自动化程度相当高。其起源于美国海陆空三军方为了军事斗争而研制的定位系统。当时的主要目的是为了在海上、天空及陆地上提供全天候和全球性的服务。军队之间还可以进行实时通讯，相互交换情报。其基本原理是通过测量被测物体所带的接收机与定位卫星距离，从而确定被测物体的经纬度。其具有速度快，精度高的优点。随着科学技术的发展，GPS 也逐渐在民用方面推广，现已经广泛应用在交通导航及海上导航方面。近几年来，在地质测绘也开始广泛应用。GPS 系统主要由三大部分组成，包括空间部分、地面控制系统及用户设备部分。空间部分主要由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成[1]。均匀分布在6个轨道面上。用户无论全球各地都能搜索到4个以上的卫星。地面控制系统有主控站、监测站和地面天线三部分组成。主要负责收集卫星数据，监测卫星实时状况。用户设备部分实际上就是信号接收机，用于获取当前用户的位置。GPS 技术可以很好地应用在水利水电工程的地质测量及定位控制中。传统的测量在遇到复杂的地形时，其精度显著下降，而 GPS 可以完美地解决这个问题[2]。此外在恶劣的环境下，比如人烟稀少的地方，这样的地方不便于人工勘测。使用 GPS 技术可以将问题迎刃而解，这样便可以减少人工成本，而且可以提高测量精度。

3 GPS 测绘技术的优势

在水利工程建设中，GPS 测绘技术具有多方面的优势。例如，GPS 运用的是载波相位差分技术，定位精准度极高，普通探测仪只可精确到 5cm，而 GPS 定位甚至可以细微到 1cm。而且 GPS 测绘过程不必维持观测间距，操作简单，只需将其与开机电脑相连即可使用。GPS 测绘对天气没有特别的要求，任何恶劣天气都可顺利工作，大大提高了测量与工程作业的进度。在绘图方面，GPS 配置了高自动化的绘图功能，可自行处理数据进行成图计算。GPS 测绘技术为水利施工中渠道、闸门、堤坝的建立提供了技术支持。随着水利工程的不断发展，施工队对硬件的測绘仪与软件的数字化测绘的要求更高，GPS 测绘技术也将在实践应用中不断完善，得到更广泛的应用[3]。

4 GPS 技术在水利工程地质测绘的具体措施

现在，大量计算机软件应用于水利行业，为水利工程建设做出了卓越贡献。随着我国国民经济的飞速发展，水利工程建设项目也无论从深度、广度以及精度方面都对工程地质勘测提出了更高的要求。面对勘探深度的加大，对勘探分辨率要求的提高，为了满足水利工程地质勘测技术的要求，GPS 被越来越广泛地应用于水利水电工程地质勘察测量及定位控制工作中。

4.1 根据实际需求，确定项目的任务和规模

由于根据项目任务要求的不同，对 GPS 技术的要求也是不同的。首先根据水库的实际情况，确定实施任务书。比如若以防洪为主的水库，必须将防汛调度的功能列为第一，以此为目标建立水库自动测报系统的。对于综合水库的建设，则需要考虑其蓄水和排水能力，计算其排水蓄水能力，确定水库规模，在计划的过程中，需要充分考虑实际工程的工作量，监测配置的数量以及遥控遥感工作的分布[4]。

4.2 合理布局 GPS 遥测站

在建设 GPS 遥测站时，需要事先充分考虑雨量站。流量站及水位站的分布。还需要根据建设的目的，当地的水文状况和现有遥测站的分布状况来确定。GPS 遥测站的分布一般需要满足以下条件：①遥测站的选址需要具有预报当地水文状况的要求，还需要考虑当遇到恶劣天气如洪水，台风时的可靠性，并能实时进行预报调度。②遥测站需要有一定的扩展性，在能完成自己的工作情况下，还能承担一些其他任务，比如测量当地雨量。③对于一些特殊的河流流域需要采取一些特定的措施，比如在雨量密集的地方，增加遥测站，以提高数据的可靠性。在本水利工程中，GPS 要测站的布局便选用网连式布设测绘网，加强了测绘站的几何强度，进而提高了 GPS 测绘站的精度以及可靠度，保证了水利工程的高效完成。

4.3 合理确定遥测站的数量及配置

根据当地实际状况确定设备的数量及配置。在雨量站，根据实际的将于情况确定对应精度的雨量计。根据以往经验，中小型水库选择0.5mm，大型水库选择1.0mm。水文的观测计需要根据实际情况选择不同类型的，如压力式或光电式。需要参考的因素有河床情况，及当地土质因素。本次水利工程属于中小型水库，故选择0.5mm，水文观测计选择的是压力式。

4.4 充分利用 GPS 技术

在实施工程中，需要将GPS技术和传统的物理测量技术相互结合。充分利用 GPS 技术的特点。对于不同的水文信息，需要进行全面测量，防止出现错误。至少需要使用5颗以上的卫星，才能准确的定位。合理运用GPS系统中的计算机绘图功能和虚拟成像技术可以对当地地线及水文资料进行实时动态测量。对一些复杂的地形，可以通过GPS进行3D成像，这样观测者便可以非常直观地了解当地的水文情况。

5 结语

计算机技术在中国工程项目上的应用，水利领域就是其中之一。为了充分发挥 GPS 测绘技术的优势，在实际的应用过程中，离不开 GPS 控制网的完善搭建，并以此为基础，进行科学的选点并在观测后对数据进行计算。每个新工程项目使用GPS 进行勘测绘图时，都需要建立区域控制网，GPS 测绘控制网的搭建是以分级的方式实现网络层次构建的。根据各个阶段的不同状况，及时对控制网进行优化调整，参数的设置和分段复审能减少网变误差，便于地质勘测数据信息的有效处理。控制网的连接方式分为边连式和网连式，水利枢纽和桥梁隧道进出口间的连接方式最好采用网连式，以增加检核条件，提高可靠性。基于 GPS 技术的运用，能借助相应的控制系统提高勘察测绘的效率与质量。该技术将成为水利工程地质测绘技术发展的新趋势。

参考文献：

[1] 黄春琳.浅谈水利工程地质勘测及工程地质环境[J].电子制作，2013（24）：228.

[2] 林红.对水利水电工程地质勘测方法与技术应用的研究[J].中国水运（下半月），2013（6）：231～232.

[3] 徐伟伟.水利水电工程地质勘测方法与技术应用[J].科技创新与应用，2012（27）：211.

[4] 李荣伟，侯恩科.水利水电工程地质勘测的主要方法及其发展[J].四川水力发电，2007（6）：89～92.