探究GPS 技术在水利工程勘察中的应用

1 引言

勘测和设计是工程建设的基础和灵魂，完美的工程与高质量的勘测设计有着重要的关联。勘测中的测量也就是水利工程测量能够为水利工程规划设计提供地形资料，在施工阶段按照图上内容做好施工放样，并监测建筑物稳定性和变化情况，保证工程的安全。将GPS 技术在水利工程中加以应用，主要是因为：测设方格网时GPS 技术更具有适应性，选点灵活不需要高标，且点位之间通视容易，外业试测不受天气影响;GPS 方格网误差分布均匀且点位精度高相比于相对中误差，点位中误差表示方格网测量精度指标更合理;图形强度系数高，在布设大地控制网时能提升点位趋近速度，网形优化方便;应用GPS-RTK 来对建筑方格网进行测设效率更高，工作人员劳动强度更低。

2 GPS 技术在平面控制测量的应用

根据测量规范文件将测量精度分级，用公式表示各级GPS 网相邻点间的基线长度精度。公式为：=姨a2+2式中， 为标准差;a、b、d 分别表示固定误差、比例误差系数以及相邻点间的误差。GPS 控制网精度越高，需要的观测时间越长。首先是网型选择，要尽可能避免网型不利所带来的影响，国家等级三角点的选择尽量在测区两侧分布，尽量保持对称。

其他情况下的拟设控制点都要在测区范围内。

其次是外业选点埋石观测。选点应该按照♂GPS 外业观测对环境的要求，并注意：周围安置接收设备方便，有开阔视野，障碍物高度角在视场内应该满足相关规;要远离电视台、微波站等无线电发射源且周围不能有反射卫星信号的物件;地面要有稳定的基础，以为点的保存提供便利;选点时测站周围小环境应该与大环境保持一致，❤防止气象元素代表性误差;尽量远离大片水域，防止在鱼池梗或小孤岛区域位置选点。所有的GPS 控制点均需埋设标石，埋石需要满足以下基本技术要求：埋设混凝土标石，可现场灌制、凿制以及设置钢钉;混凝土标石预制柱体必须要满足相应规格;埋设之后需要做好点位说明。GPS 观测需要注意以下要求：按照星历预报来对观测计划进行编制;观测时同时锁定4 颗以上卫星信号，并且卫星高度角以及GDDP 值都要小于限定值;观测时不能出现卫星失锁情况，若有失锁，需要中断原纪录并开始新纪录;作业过程中防止使用电台和对讲机，并避免周围人群在卫星接收天线处走动。

再次，采集数据后需要对数据进行预分析，观察预分析结果和设计中的观测点个数、基线量以及坐标差，如果有差别需要按照精度和网型重测或者补测。之后是网平差计算，当F 检验值低于检验临界值即表明为接受，也就是精度符合水利水电测量的规范要求。

最后，水准测量。应用GPS 高程拟合技术，并从高程拟合准备、外业观测、测量结果对比分析以及成果评价4 个阶段入手。

3 GPS 在特殊环境下的应用

GPS 技术的任何一种测量手段都会在使用过程中受到地形的制约，就水利工程勘察来说，其容易受到密林地区、高山区、近水域地区、机场周围以及城市无线电和微波密集地等的影响。

3. 1 密林地区

就密林地区来说，GPS 测量容易受到树叶遮挡影响，导致卫星信号严重损失、频繁失锁，造成求解结果不精确问题。因此，要在不破坏树木的情况下适宜砍伐，将点位上空密集树枝去掉，在粗大树杆上架设接收机，通过垂球定出地面点位来量测天线到点位的高度，在固定之后进行观测。但是需要注意：保证仪器设备安全，做好安全设施，防止安置在树上的仪器失手掉下，可以用绳套固定天线，用绳子将天线吊上去。偏心观测，当地面点位已经固定，在空中选取对应的树枝较为困难，这就会产生偏心值。当地面点位是之后选定的，这就表示地面点位可以变动，需要在天线吊上去♡观测的同时，应用垂球定出地面定位。对点位精度要求的考虑，如果精度要求较低，可以采用断面地形测量或图根控制测量;如果精度要求高，则需要在落叶期作业或者直接砍掉附近树木，因为仪器架高时对中可能出现较大误差。

3. 2 近水域地区

近水域地区¿的GPS 测量的精确度容易受到多路径效应的影响，多路径效应产生的情况是卫星位置特定并存在多反射源，这就需要重复观测来消除影响。如果不想花费较多的测量成本，可以采用像控点测量，其隶属于航空摄影测量，能够剔除粗差，不需要重复观测。

3. 3 高山区

高山区天空视野不开阔容易导致可接收信号少的情况发生，而且高山区作业对作业时间产生限制，光滑岩面可能反射信号形成多路径效应。如果一定要满足水力工程测量规范中点位要求，且不将观测点设置在信号遮挡严重处。可以将观测时间设定为点位相通视卫星个数较多时，如果观测结构精度较低可以重复观测并解算，如果个别点位实在无法观测，可以在接收条件好的位置设置间接观测点，用常规测量方法对实际点位确定或者设成几何图形来对实际点位值解算。

3. 4 无线电微波密集地

机场、无线电发射塔、电杆根部以及微波地面站容易对GPS 测量结果产生干扰。如果实在不能避免，必须在附近选取点位，可以采用偏心观测或者图解方法完成测量。我国目前出现了较多的新型GPS 接收机，其能在高无线电干扰下完成对低功率卫星信号的捕获，并在捕获之后稳定地保持信号。

4 GPS 技术应用时存在的问题和改进措施

就存在的问题来说。GPS 系统精确定位与电磁波传播速度有关，大气层信号会受到对流层和电离层重重干扰，从而导致计算出现误差。此外，必须保证基准点坐标在各个方位观测情况下能有一致的精度。这就需要采取以下措施：

1)利用双频观测也就是用频率不同的观测值组合改正电离层延迟;应用电离层改正模型以及同步观测求差，从而防止电离层折射对计算结果的影响。

2)应用对流层模型修正和同步观测求差;应用水汽辐射计来对信号传播影响直接测定，以防止对流层折射对计算结果的影响。

3)针对卫星星历误差，可以采用同步观测求差、建立卫星跟踪网定轨、应用轨道松弛法等。

4)针对卫星钟和接收机的钟误差可以应用一次求差法进行消除，或者将钟差作为未知数并在数据处理中求解。

5)对于多路径效应，在天线设计时就要防止这种效应影响，测量位置远离水面、高层建筑和汽车，也防止设置在山谷和盆地中。

5 结语

水利工程关乎着国计民生，必须予以重视。在工程建设中为了保证资料结果的精确性，必须应用GPS 技术。但在勘察过程中，因为复杂地形以及附近电波的影响，勘察结果的准确性很难保证。因此，必须掌握先进的技❥术和措施来提升勘察结果的准确性，从而促进我国水利工程建设的持续发展。