張洪剛

（黔西南州興源水利電力勘察設(shè)計有限公司，貴州 興義 562400）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和基礎(chǔ)配套設(shè)施的完善，水利工程測量逐漸面臨著復(fù)雜的場地條件和外部影響，需要尋求一種更為高效、準(zhǔn)確的測量技術(shù)。GPS 測量技術(shù)因其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，如快速、高精度、靈活等特點，在當(dāng)前工程測量技術(shù)領(lǐng)域中成為一個創(chuàng)新點，并在測繪領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在水利工程、特別是水庫工程測繪上。GPS 技術(shù)得到了廣大技術(shù)人員的認可，除了其高精度特性有助于保障工程的質(zhì)量和穩(wěn)定性，GPS 還具有快速通信功能和大容量數(shù)據(jù)存儲，即使在通信盲區(qū)也能有效傳輸信息，這在巖風(fēng)洞水庫測繪工程中顯現(xiàn)出其不可或缺的價值，再加上GPS 完整的衛(wèi)星鏈條確保了其數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?，使得在水利領(lǐng)域中其規(guī)?；瘧?yīng)用效果顯著。因此，不斷深化和提高GPS 測量應(yīng)用技術(shù)，滿足水利工程測量的需求，已成為現(xiàn)階段的重要任務(wù)[1-3]。

1 應(yīng)用原理及優(yōu)勢

1.1 應(yīng)用原理

GPS 技術(shù)通過利用全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星的信號，精確地確定物體在空間中的位置。與傳統(tǒng)的地面測量相比，它的優(yōu)勢在于能夠減少外部環(huán)境因素，如大氣條件、地形障礙等的干擾，從而獲得更為精確和穩(wěn)定的測量數(shù)據(jù)，確保其真實性與可靠性[4]。這一技術(shù)系統(tǒng)由空間部分（衛(wèi)星）、地面控制部分及用戶終端設(shè)備組成。

在水利工程領(lǐng)域，GPS 技術(shù)顯示出了它的巨大潛能。傳統(tǒng)的工程測量可能受到多種因素的干擾，但利用GPS 技術(shù)，可以迅速、準(zhǔn)確地測量大面積的工程場地，從而提高項目的質(zhì)量管理和工程效率。在測量過程中，GPS 通過接收器捕獲來自衛(wèi)星的信號，進一步解析并確定其地理坐標(biāo)。此外，通過利用GPS，還可以精確地計算高程差，為工程測量提供關(guān)鍵的地形和空間數(shù)據(jù)，進一步確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

1.2 優(yōu)勢

1）測繪結(jié)果的精準(zhǔn)性

地形圖的生成并不是一個簡單的過程，它需要經(jīng)過多次的測量和校正才能得出精確的結(jié)果。其中，GPS 測量技術(shù)在巖風(fēng)洞水庫地物信息采集中起到了至關(guān)重要的作用。與傳統(tǒng)的測繪方法相比，利用GPS 進行測量能夠提供更為精確和穩(wěn)定的地物信息。這主要歸功于GPS 技術(shù)本身的特點：它不僅可以實時定位，還能在各種天氣和地形條件下持續(xù)工作，確保測量數(shù)據(jù)的連續(xù)性和一致性。此外，由于GPS 技術(shù)采用的是全球衛(wèi)星系統(tǒng)，因此，其測量范圍遠超傳統(tǒng)測繪工具，能夠?qū)V大區(qū)域進行持續(xù)、無間斷的測量。

2）測量信息的全面性

隨著科技的進步，測量技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善，其中GPS高程測量技術(shù)因其獨特的優(yōu)勢受到廣泛應(yīng)用和贊譽。這一技術(shù)在巖風(fēng)洞水庫測繪工程中表現(xiàn)尤為出色，它不僅僅局限于基礎(chǔ)的地理定位，更重要的是能夠?qū)y量目標(biāo)的高程、位置、空間分布等多維度特征進行全面、細致的測量[5]。與傳統(tǒng)的二維測量相比，GPS 技術(shù)能夠獲取目標(biāo)的三維空間位置信息，這意味著我們不僅能夠確定一個物體在地面的準(zhǔn)確位置，還可以了解其相對于地面的高程，為工程建設(shè)、地形分析等提供更為豐富的數(shù)據(jù)支撐。

更為重要的是，當(dāng)這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)被收集完畢后，我們可以利用先進的地理信息處理軟件進行分析、整合和模擬，進一步提煉出更為精確的地理信息。這種技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了測繪的精準(zhǔn)度，還大大縮短了工作周期，降低了成本。

3）測量信息的時效性

在現(xiàn)代測繪工程中，信息的時效性是至關(guān)重要的因素之一。傳統(tǒng)的測量方法可能需要花費大量的時間來獲取地理信息，而GPS 高程測量技術(shù)的應(yīng)用徹底改變了這一局面。GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)以其高效、精準(zhǔn)的特點，使測量信息的獲取變得更加靈活和時效，大大加快了工程進度[6]。

通過GPS 技術(shù)，測量目標(biāo)的定位可以在短時間內(nèi)完成，而且不受天氣、時間和地點的限制。衛(wèi)星信號的反射和接收幾乎是同時進行的，這意味著我們可以立刻獲得準(zhǔn)確的位置、高程等數(shù)據(jù)，無需等待或進行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。這對于需要及時反饋和決策的工程項目尤為重要，例如應(yīng)急救援、災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域。時效性的提高也為工程規(guī)劃和管理提供了更多的操作空間，使項目的執(zhí)行更加高效，減少了不必要的成本浪費。

2 工程概況

2.1 地理位置

巖風(fēng)洞水庫工程位于興義市七舍鎮(zhèn)馬格鬧村小寨組，壩址距離馬格鬧村委會0.50 km，距離七舍鎮(zhèn)約19.50 km，距離興義市區(qū)約13.50 km，興義至七舍鄉(xiāng)道從巖風(fēng)洞水庫庫區(qū)右岸山脊通過，水庫壩址無道路直通，需修建進庫公路前往水庫工程區(qū)。

2.2 水文地質(zhì)條件

巖風(fēng)洞水庫位于白碗窯河的源頭段（馬格鬧段），白碗窯河馬格鬧段可利用河段短，僅為1.80 km，庫區(qū)源頭多為陡坡河段，沒有成庫的條件，在馬格鬧村小寨處河段相對較緩，地形呈“V”形谷，河床及兩岸有多層隔水層作為防滲依托，適宜建壩。根據(jù)地質(zhì)條件綜合分析，巖風(fēng)洞水庫壩址具有唯一性。流域特征值見表1。

表1 流域參數(shù)特征值表

巖風(fēng)洞水庫工程所在的白碗窯河為北盤江的二級支流，黃泥河一級支流，屬珠江流域南盤江水系。距工程區(qū)較近的斷層構(gòu)造僅有綠陰塘斷層F1和袁家寨斷層F2 兩條。F1 斷層距離巖風(fēng)洞水庫工程區(qū)的最小直線距離為0.50 km，F(xiàn)2 斷層距離巖風(fēng)洞水庫工程區(qū)的最小直線距離為0.42 km，挽近期未見斷層活動跡象，均對壩址區(qū)的穩(wěn)定無影響。壩址下游右岸距壩址約80 m 處發(fā)育3 組裂隙（N55～70°W，N48～55°E，N38～45°W），高程在1 680～1 694 m，巖石為白云巖，推測下部為灰?guī)r，該裂隙對水庫的蓄水滲漏影響甚微。

3 應(yīng)用

3.1 高程測量與變形控制

巖風(fēng)洞水庫測繪工程的高程測量和變形控制通常采用全站儀或GPS 測量技術(shù)。其中，高程測量主要涉及到高程角和斜距的計算，而變形控制則需要進行點位坐標(biāo)的比對和分析。

在水庫測繪工程開展測量工作過程中比較容易受外部環(huán)境影響發(fā)生變形，影響整個水庫工程的整體穩(wěn)定。針對于水庫變形的情況，可以利用GPS 技術(shù)彌補常規(guī)的測量不足，GPS 測量技術(shù)測量精度可以達到毫米級別，從而有利于保障工程建設(shè)的質(zhì)量[7]。

在巖風(fēng)洞水庫測繪工程中，高程測量與變形控制的應(yīng)用主要通過以下步驟實現(xiàn)：1）高程測量。使用全站儀或GPS 測量技術(shù)進行高程測量，包括測量水庫各個關(guān)鍵點的高程角和斜距。GPS技術(shù)在這一過程中具有很高的精度，能夠提供毫米級別的高程測量數(shù)據(jù)。2）變形監(jiān)測。將高程測量數(shù)據(jù)與之前的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行比對。這些基準(zhǔn)數(shù)據(jù)通常來自于水庫工程建設(shè)前的測量和規(guī)劃。通過比對分析，可以檢測出是否發(fā)生了變形，包括水庫壩體的位移、變形等情況。3）修復(fù)和控制。如果發(fā)現(xiàn)水庫工程存在變形問題，需要及時采取修復(fù)和控制措施。這可能涉及到重新調(diào)整工程的建設(shè)計劃，加固工程結(jié)構(gòu)，或采取其他必要的措施來確保工程的穩(wěn)定性和安全性。

3.2 有效處理靜態(tài)數(shù)據(jù)

GPS測量數(shù)據(jù)處理是指從對外業(yè)采集的原始觀測數(shù)據(jù)進行處理到最終獲得測量成果的全過程。GPS測量技術(shù)可以通過以下步驟有效處理巖風(fēng)洞水庫測繪的靜態(tài)數(shù)據(jù)：1）需要將GPS接收器放置在待測點上，記錄下接收器接收到的衛(wèi)星信號數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星編號、信號強度、接收時間等信息。2）將有效的數(shù)據(jù)輸入到計算機中，利用專業(yè)的軟件對數(shù)據(jù)進行處理[8]。通過差分技術(shù)，消除大氣延遲和衛(wèi)星鐘偏差等誤差，從而得到更加精確的測量結(jié)果。

由于獲取的GPS測量數(shù)據(jù)量較大，所以在數(shù)據(jù)處理過程需要采用專業(yè)的軟件工具，例如，RTKLIB（一款開源的GPS 數(shù)據(jù)處理軟件，支持多種GPS 接收器和差分技術(shù)，可以進行靜態(tài)和動態(tài)測量數(shù)據(jù)處理，具有較高的精度和穩(wěn)定性）、Leica Geo Office（一款商業(yè)GPS 數(shù)據(jù)處理軟件，支持多種GPS 接收器和測量方式，可以進行實時和后處理，具有較強的數(shù)據(jù)管理、分析和報告功能）、Trimble Business Center（一款全面的GPS 數(shù)據(jù)處理軟件，支持多種GPS 接收器和測量方式，可以進行實時和后處理，具有強大的數(shù)據(jù)管理、分析和報告功能），通過上述軟件能夠?qū)υ紨?shù)據(jù)進行分類、篩選、處理和分析，以得到最終的測量結(jié)果。

3.3 構(gòu)建工程控制網(wǎng)

工程控制網(wǎng)的建設(shè)是水庫工程測量的基礎(chǔ)，在布設(shè)GPS 工程控制網(wǎng)過程中，要保證測量的準(zhǔn)確性。由于巖風(fēng)洞水庫測繪工程布設(shè)GPS 控制網(wǎng)的精度要求較高，可以利用GPS 技術(shù)組成控制點，構(gòu)建工程控制網(wǎng)，在空間上進行高精度定位，因此可以用來構(gòu)建工程控制網(wǎng)。在巖風(fēng)洞水庫測繪工程中，需要在水庫周圍的地面上設(shè)置一系列的控制點，并對這些控制點進行GPS測量[9]。通過對這些控制點進行測量和分析，可以得到控制點之間的空間位置關(guān)系，從而確定整個工程區(qū)域的坐標(biāo)系和基準(zhǔn)面。

在構(gòu)建巖風(fēng)洞水庫工程控制網(wǎng)時，首先要進行控制點的選址工作，選擇在地形相對穩(wěn)定、避免建筑遮擋、地貌明顯的地方，以確保GPS 接收到的衛(wèi)星信號質(zhì)量高、干擾低。接下來進行控制點的實地測定，每個控制點都需要配備高精度的GPS接收機，并確保在測量過程中接收機保持穩(wěn)定，測量時間通常要確保在2 h 以上，以獲取更精確的測量結(jié)果。測量結(jié)束后，將收集的GPS 數(shù)據(jù)導(dǎo)入到專業(yè)的后處理軟件中，進行數(shù)據(jù)處理與分析。這包括解算每個控制點的精確坐標(biāo)、計算相鄰控制點之間的距離和角度、進行誤差分析等。這些精確的數(shù)據(jù)會作為水庫工程建設(shè)的基準(zhǔn)，對后續(xù)的測量工作提供參考[10]。

為了確保控制網(wǎng)的準(zhǔn)確性，還需要進行二次測量或交叉檢核。即在不同的時間、不同的設(shè)備重新對部分控制點進行測量，然后與初次測量的結(jié)果進行對比，檢查是否有大的偏差。如若有大的偏差，則需重新調(diào)查原因并進行修正。經(jīng)過以上步驟，一個高精度、可靠的工程控制網(wǎng)就成功建立，為巖風(fēng)洞水庫工程的后續(xù)施工和管理提供了重要的空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

在我國水利工程尤其水庫工程測量發(fā)展過程中，GPS 測量技術(shù)的即時通信穩(wěn)定功能給測量增加了便利性，有利于技術(shù)人員在測量方面提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。GPS 高程測量技術(shù)在工程測量方面發(fā)揮了重要的現(xiàn)實作用，且正在朝著智能化、數(shù)字化、無形化發(fā)展。GPS 服務(wù)民用，極大提高了人們的生活品質(zhì)，GPS提供的精密授時、導(dǎo)航信號、快速通信三大功能，在國民生活的各個領(lǐng)域都得到了極大的應(yīng)用，讓普通大眾得到了實惠。GPS 測量技術(shù)的發(fā)展，也為水利工程系統(tǒng)的建立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，未來GPS在工程測量方面將有更大的應(yīng)用前景。