GPS测量技术在水库测量中的应用

　　水库论文（发表必看范文8篇）之第八篇

　　摘要：GPS测量技术是当前水利工程测量中应用最为广泛的技术, 是工程测量领域的一项重要技术革命。以乌拉泊水库为例, 对GPS测量技术在水库测量时的应用进行分析。结果显示, 在本次对乌拉泊水库的测量中, 各测点的观测值与原始值之间的变化除个别点较大外, 其余测点的变化均在毫米之间。从总体上讲乌拉泊水库大坝虽然发生了一定的位移, 但是其稳定状态并没有受到较大影响。以期为类似案例提供借鉴。

　　关键词：水库,GPS测量技术,水利工程,应用

　　随着科学技术的发展, 水利工程测量技术不断进步, GPS测量技术在水利工程测量中的应用越来越广泛。在水利工程测量中应用GPS测量技术有着诸多优势, 其主要表现为效率高、成本低、精度高, 无需通视等。目前, RTK实时动态差分法可以在数秒内获得由基准站所发出的GPS高精度定位数据, 在未来水利工程测量中, GPS测量技术有着广阔的应用前景。

　　1 工程概况

　　乌拉泊水库是乌鲁木齐河中游的一座兰河水库, 该水库于1961年8月建成并投入使用, 水库主要建筑物包括大坝、放水涵洞、泄水渠、溢洪道等组成部分。水库大坝长1050 m, 坝顶高程1089.6 m, 防浪墙高1.2 m, 墙顶高程1090.8 m, 坝顶宽6 m, 最大坝高27.6 m。该水库先后经历过4次除险加固, 前期一直未设置大坝表面变形观测设施, 本次除险加固结束后, 在坝顶布设11个观测横断面, 用于观测大坝的水平位移和垂直位移, 监测大坝表面变形状态。

　　2 GPS测量技术特点以及注意事项

　　2.1 GPS测量技术特点

　　GPS技术是一种无线式的导航系统, 其工作原理是通过从GPS全球定位系统中卫星发射的信息进行工作。GPS测量技术主要有以下几点优势:定位的精度高、观测耗时较短, 并且测站之间不需要进行通视, 且在测量时能够提供三维坐标, 方便操作。除此之外, GPS技术的续航能力十分出众, 能够进行全天候野外作业。同时, 其自动化水平也是其他测量技术无法比拟的, 测量人员在使用上易于上手。

　　2.2 GPS测量技术注意事项

　　(1) 防止恶劣冰雪气象环境干扰GPS测量

　　恶劣冰雪天气、环境会对GPS测量形成干扰, 甚至导致GPS测量设备无法接收到卫星提供的坐标信息数据。除此之外, 测量工程所处的环境也会对测量形成干扰, 特别是大面积的水域或者高大树木的遮挡都会对GPS测量形成干扰, 影响测量精度。因此, 在进行GPS测量时应该尽量选择在天气条件良好, 并且在测量时应该避开大面积的水域或高大树木或者建筑物的干扰, 提高精确度。

　　(2) GPS测量设备的两级组网不能单独测量

　　在测量时由于受到GPS测量设备的续航条件的限制, 常常导致测量时测量到一半而不得不终止测量。因此, 在进行测量时应该连续进行测量, 不能只对其中的一组网进行单独测量, 否则会导致数据无法衔接。

　　(3) 测量设备故障与功能指示标志容易混淆

　　GPS测量设备的功能指示灯常常与故障灯混淆, 导致设备出现故障时无法在第一时间确认其是否出现故障。在进行三级网测量时, GPS测量设备TRK初始化时, 其指示灯为红色, 而测量设备出现故障时其指示灯也是红色。

　　3 GPS测量技术在乌拉泊水库测量中的应用

　　3.1 水库大坝监测网布设

　　在对乌拉泊水库进行监测时, 主要采用了GPS自动监测技术对水库大坝进行了安全监测。监测人员根据乌拉泊水库大坝的实际情况和设计规范, 将综合标点作为位移观测标点, 水库大坝位移观测分别进行了水平位移观测和竖向位移观测, 本次水库安全监测采用的是网连式。测量人员在大坝坝顶一共布设了11个观测横断面22个观测墩, 桩号分别为0+064、0+117、0+275、0+400、0+528、0+558、0+588、0+660、0+728、0+800和0+850, 每个断面在坝顶防浪墙上游侧和下游侧各设1个测点。坝下游布设4个工作基点 (K1、K2、K3、K4) 。在监测时因为距离较短无法满足GPS测量精度要求的, 监测人员必须按照专用平面控制网进行加密网布设, 起算数据为首级基准网点。通过间隔点法增加观测网相邻间距。

　　3.2 仪器选择及检验

　　本次乌拉泊水库测量中, 测量仪器选用的是拓普康公司生产的GPS设备, 该设备是Hi Per GA型双频接收。该GPS设备的测距标称准确度为3 mm+0.5×10-6D (D为实测距离, 单位mm) ;强制对中装置选用四川飞翔F-1A型通用强制对中底盘。GS09天线上有发光二级管指示器, 这些指示器能够指示基本的天线状态。在测量时, 测量人员根据指示灯的显示颜色, 就可以判断GPS设备当前的工作状态。

　　3.3 GPS外业测量

　　为提高水库监测资料的连续性和准确性, 在监测时测量人员必须建立与原坐标系统一致的GPS变形监测坐标系, 然后通过国家三角点实施首级变形监测网坐标传递。监测人员首先应该按照实际需求设置GPS观测控制指标, 具体操作如下:

　　(1) 卫星高度截止角不小于15℃;

　　(2) 同时观测卫星有效个数大于等于4个;

　　(3) 有效观测卫星总数大于等于4个;

　　(5) 观测时段大于等于90 min;

　　(6) 采样间隔为30 s;

　　(7) GDP小于等于6个;

　　(8) 任一卫星有效观测时段大于等于15 min。

　　其次, 乌拉泊水库的测量人员在新疆水利水电科学研究院的协助下, 从新疆水利水电学院获取了4个控制点以及22个观测墩的初始值。但是在多次测量中, 测量人员解算的数据与原始数据始终存在100多米的差距。为了能够得到更加准确的数据, 乌拉泊水库的测量人员在新疆地震局的专业技术人员的帮助下, 测量人员对乌拉泊水库测量进行了改进和优化, 具体内容如下:

　　(1) 测量中的优化网型布置及测量时长

　　测量人员对乌拉泊水库的网型进行了重新布置和优化, 重新优化后其网型共分为一、二、三级网, 并且规定了每级网的测量时长。一级网主要包括四个控制点K1、K2、K3、K4, 每次测两个小时, 测满两小时后关机, 再开机测两小时;二级网主要是从22个观测墩中选取了4个观测墩和4个控制点组成了三个四边形的网型, 每组测2小时;三级网包括坝顶上的11组观测墩, 每组测1.5 h。最先开机的最后关机, 要充分保证每级网测量的测量时长。

　　(2) 优化调整部分GPS设置内容

　　(1) 将GPS的采样率设置, 从原先的10 s提高至30 s;

　　(2) 高度角设置修改为15。

　　(3) 附加输出———“残差”;

　　(4) 自动处理———“基线重算”;

　　(5) 投影———中央子午线———“9改87”;

　　(6) 带宽———“3.0 0.0”。

　　3.4 GPS数据处理

　　为了对GPS观测数据基线向量和观测结果质量进行校对, 测量人员必须对获取的GPS数据进行预处理, 并且结合预处理结果分析测量结果的准确性和精度。测量人员使用Leica Geo Office处理软件对本次GPS数据进行了坐标转换等处理, GPS的具体处理步骤如下:

　　(1) 新建项目与原始数据输入;

　　(2) 基线处理;

　　(3) 网平差处理;

　　(4) 坐标转换;

　　(5) 困难数据分析及处理。

　　3.5 GPS数据结果分析

　　(1) 各观测点左右岸方向位移

　　在乌拉泊水库的主坝段 (0+064—0+528) m, 其中4组观测墩均两两左右岸同方向发生位移;另外TP2、TP3、TP4这三组均向右岸发生了位移, TP5、TP16这一组均向左岸发生了位移;副坝段 (0+558—0+850) m, TP6、TP17这一组观测墩均同向左岸发生了位移, TP10与TP21这一组观测墩是反方向发生位移的。

　　(2) 各观测点上下游方向位移

　　乌拉泊水库从总体上看, 主坝段 (0+064—0+528) 断面上、下游两观测墩位移较大, 主坝段5组观测墩均同向下游发生了位移, 副坝段TP6、TP17这一组同向下游发生了位移, TP10、TP18这两个观测墩与原始值相比为无变化, (TP8、TP9、TP11) 这三组上下游观测墩是反方向发生位移的。副坝段位移相对主坝段要小。

　　结语

　　综上, 在本次对乌拉泊水库的测量中, 各测点的观测值与原始值之间的变化除个别点较大外, 其余测点的变化均在毫米之间。从总体上讲乌拉泊水库大坝虽然发生了一定的位移, 但是其稳定状态并没有受到较大影响。