基于GPS技术在水利工程测量中的应用研究

中国科技纵横 / 2018年01月10日 11:05

新闻

GPS技术在水利工程中应用与研究

宗春

摘 要:随着我国现代化进程的加深,水利建设作为一项惠民性工程,其测量技术在快速发展的科学技术推动下实现了革命性变革,GPS测量技术的应用,其不仅在测量精度上得到了极大提升,更是实现了传统导线测量与三角测量的取代,进而无需建立控制网,并受客观环境影响较小,以此大大提高了测量效率与适用范围。在此发展背景下,本文笔者以强化GPS应用技术为手段,以促进水利工程发展为目的,就GPS技术在水利工程测量中的具体应用进行深入研究,具有一定的而应用价值,以供读者学习引用。

关键词:水利工程;测量任务;GPS技术

中图分类号:TV221 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)12-0113-02

GPS技术作为现代工程测量任务实施的重要环节,是由军事领域逐渐发展至工程建设过程中,由于其操作快、时间短、定位准以及精度高等特点,近年来在水利工程中得到了广泛应用,并取得了良好的应用效果。新时代的发展背景下,如何加强GPS技术在水利工程测量中的具体应用,使其更好的服务与水利建设与水利发展,是为一个值得我们深思的课题。

1 GPS的系统组成与应用优势

1.1 系统组成

GPS测量定位系统主要由空间卫星群、地面控制系统与卫星接收设备(用户所需)三大部分组成,其中:空间卫星群由距离20万Km的24颗卫星组成,且其以60°的平面交角均匀分布在6个轨道面,以此可以确保任何地点地平线的用户在任一使用时间内均有5~10颗卫星信号可接收;地面控制系统主要由主控站(1个)、监测站(5个)与注入站(2个)三部分构成,主控站是以观测GPS数据为主要任务。监测站是在接收卫星信号的同时并其工作状态实施监测。至于注入站,其功能为对主控站数据进行计算,并将结果传输于卫星;卫星接收设备则是用户利用GPS接收机、数据处理软件和用户设备通过对卫星信号的接收,以此完成定位与导航任务的实施[1]。

1.2 应用优势

(1)操作方便,耗时短。由于GPS测量能够在不通视的情况下进行三维坐标测量,因此其操作过程简单,测量效率极高,往往只需几秒便可完成多点坐标的采集任务,同时,由于它拥有出众的续航能力,因此可进行全天候作业。(2)精度高,测量准确。实践证明,GPS在300~1500m范围内的测量定位中即使持续工作时长1h以上,其放样平面位置的误差仍然不超过1mm。(3)自动化程度高。由于数字化与电子化技术的应用,GPS操作系统完全实现了自动化控制,该功能的实现是为精度好、效率高及操作简单等其他特点的基础所在。(4)灵活性好、成本较低。GPS卫星定位技术应用过程中,因其具有灵活的布点方式,且受环境影响较小,进而可在极大程度上节省资金的投入,利于水利工程测量任务的成本控制。

2 GPS技术在水利工程中的应用分析

2.1 高程测量

通过水准和GPS两种测量资料的结合,对于区域性似大地水准面高程的确定是为一种效果良好的方法,该方法的实施要求GPS观测点拥有均匀的密度与分布形式,且水准测量资料齐全。通过GPS高精度定位技术的应用,可将观测点的高程差实施精密测定,同时结合所构建的似大地水准面数学模型,可将目标点的高程异常或异常差计算得出,进而获得观测点的绝对高程。实践应用证明,对于大地高程误差(△h/D)的控制,GPS静态定位技术可将其控制在3~5ppm范围内,对于20Km以内的测量距离,其精度可控制到厘米级别;对于利用高级水准点实施高程传递时,其误差控制丘陵与平原地区为±5cm之间,山区为±15cm之间,从精度等级可以实施四等水准测量[2]。

2.2 渠道管线测量

渠道管线测量在水利工程测量中表现出线性放射分散分布的特征,其过程消耗人力物力较大,传统模式下纵断面的测量采用半站仪或全站仪进行,由于受地形地貌与气候环境影响较大,因此测量结果所表现出效率低、精度差等缺陷,难以满足现代化建设需求。随着GPS技术的发展与应用,渠道管线测量实现了全天候连续作业,其实施过程对于自然环境依赖较小,不受地形地貌与天气气候的影响,进而大大提高了测量效率。与此同时,相比于传统测量技术,GPS定位技术在实施过程中不受通视条件的限制,使得测量过程更加“随意”,并且对目标观测点确定时,只需简单的转角和设计高程等技术参数便可完成。GPS技术在渠道管线测量任务中的应用,不仅极大程度的提升了工作效率,同时还减少了人力与物力的投入,节约了施工成本。

2.3 变形与地形观测

受其自身属性的限制,水利工程施工过程中需实时监测堤坝外围、水库大坝、建筑地基等结构部位的沉降、倾斜以及位移(或变形)情况,此过程对于测量技术要求较高,需在保证观测安全与效率的基礎上进行。传统技术主要以水准测量法实施地基沉降监测,以三角测量法实施结构位移与倾斜监测。通过GPS技术的应用,其在变形监测时对于GPS接收机的安置可远离大坝位置选择基准点而定,并在待测区域选取观测点并安置GPS定位机,以此便可实现自动化持续观测,并将所获取原始数据传输至处理中经计算后便可转化为变形数据。对于水下地形观测,GPS技术可通过在两个已知点处安置GPS接收机后便可实施水深测量,进而根据所得数据计算出转化参数,完成后便可实施定位观测,通过专用软件与具体水深数据(转化得出)便可获得水下地形图。

2.4 静态相对定位

GPS静态相对定位主要是指通过两台或两台以上的卫星接收机进行卫星信号的接受,接着对采集到的数据进行分析、处理,求解出精确的测区空间位置,即三维坐标。GPS静态相对定位的高精度性,可以根据测量区域中某点的具体坐标位置,从而求出其他点的精确坐标位置。当前,静态GPS相对定位技术应用于我国野外工程测量愈来愈广泛,包括地球定位测量、大型工程野外涵洞、隧道定位测量、位移监测等工程测量项目。常规的工程测量技术不仅程序复杂,而且测量成果精度性比较低,而静态相对定位技术的使用,使得我国工程测量事业发展前景更为广阔[3]。

2.5 动态相对定位

GPS动态相对定位指的是通过使用GPS信号对观测目标相对于其他参照物的位置、时间、形态、速度、加速度等动态参数进行观测、分析。GPS实时动态定位主要是利用设置在运动载体上的GPS卫星信号接收机对GPS信号接收机天线所在的位置进行实时观测。一方面,动态GPS相对定位通过及时将基准站的观测信息、数据传播到流动站,形成数据链,便于基准站将观测的信息及时传播至流动站,从而对数据进行分析对比,此种数据分析方法称为及时处理方法。另一方面,动态GPS在观测后期对所测得的差分数据仅作相关数据处理,而非传输至流动站,即滞后处理方法。

3 GPS误差来源与误差消除(工作体会)

3.1 误差来源

(1)多路径效应与大气折射等信号传播误差;(2)卫星轨道与卫星钟等GPS卫星误差;(3)天线中心误差、接收机钟差、观测误差和载相位观测的整周不定性影响等与接受设备有关的误差;(4)来自其他影响因素的误差,如潮汐与地球自转等。

3.2 误差消除

(1)通过系统误差模型的建立修正观测量;(2)数据处理过程中通过相应未知参数的引用来一并解算其他未知参数;(3)利用同一卫星在不同观测站实施同步观测求差来将系统误差降到最小;(4)对于一些影响不大的系统误差,可以将其简单忽略。

4 结语

综上所述,GPS技术在现代水利工程测量中的应用研究是为一项精细而复杂的过程,通过本文的论述,技术性的探究了具体应用对象与应用特点,意于规范GPS测量技术,促进水利工程可持续发展,实现GPS技术标准化与多元化发展方向。

参考文献

[1]孙龙,刘善.GPS系统在水利工程测量中的应用[J].民营科技,2013(1):206.

[2]高亚军.浅谈山区测量中RTK技术的应用[J].中华民居(下旬刊),2013(04):262-263.

[3]姚博.GPS测量技术在永定新河治理一期工程中的应用研究[J].价值工程,2013(34):95-96.

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