GPS技术在高州水库除险加固工程中的应用

c  （广东省水利水电第三工程局  523710）

摘要：3S技术的发展成熟，为工程测绘提供了便利的手段，而GPS技术是3S技术中较为成熟的技术手段，其在工程测量中广泛应用，给工程建设带来极大的经济效益和社会效益。本文通过GPS技术在高州水库除险加固工程中的成功应用为例，简要的分析GPS测量技术的应用特点，并初步探讨GPS技术运用的一些技术问题。

关键词： GPS技术   工程   应用

1、引言

3S技术是GPS、GIS、RS的统称，GPS技术是3S技术中较为成熟的技术手段。GPS技术具有全天候、高精度、高效益、良好的抗干扰性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间,GPS点间无需通视、作用距离远等优势，为工程测绘提供了便利的手段，给工程建设带来极大的经济效益和社会效益。我局买进了多台（套）的GPS接收机，并相应的配置了GPS数据处理技术及平差软件包。我们通过GPS技术完成了高州水库除险加固工程的多项测量任务，给高州水库的施工建设带来了极大的便利，取得了良好的经济效益和社会效益。下面通过GPS技术在高州水库除险加固工程中的应用为例，简要的分析GPS测量技术的应用特点，并初步探讨GPS技术运用的一些技术问题。

2.工程应用

2.1应用特点

高州水库位于高州市鉴江一级支流大井河及曹江上，由良德、石骨水库通过龙头坳连通渠连通而成，集雨面积1022km2。由于高州水库原设计洪水数据偏小，设计标准偏低，防洪库容不足，在水利部水建管[2001]258号文“关于建立病险水库除险加固责任制的通报”中，高州水库被定为首批150座全国大中型病险水库之一。其加固内容包括石骨库区主坝及溢洪道加固、石骨库区区间道路改建、石骨溢洪道金属结构加固改造和液压、启闭机房改造、良德库区五座副坝(大平岭副坝、木威根副坝、木威西副坝、木威南副坝、大田头副坝)加固、良德库区石鸡塘山坳处理、石骨库区上坝公路工程、龙头坳桥及引道工程、石骨库区过境公路及良德库区至石骨库区防汛公路等。为了保障工程施工的顺利开展，保证工程质量，需要对高州水库除险加固工程控制网进行校核及加密布设,并利用布设的控制点来完成各种施工测量任务。

我们通过实地踏勘发现,本工程的主副坝、公路工程处在库区的群山之间，而且项目分散，设计院在每个主（副）坝仅提供1~2个GPS控制点，而大多都设在山顶上，山林密布，部分控制点还遭到了不同程度的破坏或无法找到，余下控制点通视条件不好，控制网的校核及加密布设都非常困难；特别是高程基准点，采用水准测量，往返路线长度达几十公里，甚至上百公里，远远不能满足施工要求，从经济上讲也不合理。GPS静态定位可以实现高精度的快速的控制网测量和部分碎部测量，大地高差误差△h/D可达到3～4ppm， GPS相对定位精度在50km以内可达10～6ppm。在300～1500m工程精密定位，1h以上观测的解其平面精度误差小于1mm;而且观测时间短，20km以内相对静态定位，仅需15～20min，高程精度可达到厘米级，通过引入高级水准点进行高程转换处理，在山区中误差可达到±15cm，符合四等水准的要求。同时，水库控制点布设分散，控制点分布在库区各个方向，距离较远，采用传统的方法进行外业控制点数据采集，需要较多的人力和物力，而且精度不高，影响工期，采用GPS技术则可较好地解决该问题。因而本次采用了GPS技术或与全站仪（水准仪）结合的方式来完成高州水库除险加固工程的测量任务。

2.2工作内容及工作程序

GPS技术在高州水库除险加固工程的应用，主要为以下几方面：

2.2.1 GPS技术在校核和建立工程控制网的应用

工程控制网的校核和建立是工程施工测量的必要条件，控制点必须具备：

（1）布设GPS网，尽可能构成较好的网形，并以设计院提供的GPS点为起闭；GPS控制点网形、密度、间距满足国家规范要求及工程需要，控制水库测区范围，而且要尽量避开树林等障碍物的影响，控制点保证至少两两通视，成对出现， GPS点埋石要易于保存，不易破坏；

（2）观测前一天要作好卫星可见性预报，选择最佳观测时段，编制适宜的观测计划； 

（3）严格对中整平天线，对中误差要＜2mm,天线高在测量前后各量一次，分别从三个不同方向量取，互差要≤2mm，并严格遵守操作规程作业；

（4）观测卫星截止高度角≥10o，有效观测卫星数≥5，采样间隔≥20″，空间位置精度因子PDOP≤6，每点观测时段数≥2，每时段观测时间≥60min，安置天线用指南针定向，使天线指北线指向北，定向误差≤5°，以减弱相位中心偏差影响。观测过程注意GPS接收机工作状况，准确填写观测野外记录手簿并保证数据的完整性。

（6）完成GPS数据采集，需要进一步利用随机配置GPS静态定位软件和平差软件对测量数据进行基线向量的解算与检核、平差处理等。基线处理采用自动处理和手工处理结合的方式，自动处理优先，自动处理结果不满足要求，则引入手工处理模式，以保证基线成果的可靠性和准确性；不符合要求的，或返工重测或删除，以免对GPS网造成精度损失；基线向量检核则需计算各同步、异步、复测基线的闭合差及全长相对闭合差，以保证观测网的精度符合要求；进行GPS网平差计算，要进行三维无约束平差和二维约束平差：通过三维无约束平差，评价GPS网内部精度，剔除粗差，检查有无明显系统误差，获取各GPS点的统一坐标系下的坐标；而进行二维约束平差，则引入设计院提供的控制点坐标，形成各点坐标差及其误差方程，进行平差处理，以求得水库控制网各点坐标及精度指标；

考虑GPS高程受高程异常等因素的影响，高程测量采用了GPS技术与水准测量（全站仪）相结合的方式来完成副坝和公路间的控制点基准校核和布设。通过GPS技术精密测定观测点的大地高程差，利用大地水准面数字模型内插出计算点的高程异常或异常差，进而求出特定点的正常高。考虑到副坝主要为土堤堆石坝体，要求精度并不高，经过业主和监理的同意，副坝高程观测可通过GPS与全站仪结合的方式，多次观测进行分析比较，剔除多余观测，进行基线解算，平差等，取通过GPS技术观测获得的观测值的平差值作为最后的基准点高程，全站仪测量结果仅作检查用。同样地，公路工程分布在库区的各个方向，项目分散，为解决测量工作的复杂性和测量任务的艰巨性，保证公路工程高程基准点的可靠性，保证工程质量，按照合同、业主和监理的要求，根据高程基准点的布置特点，采用了水准仪和GPS技术组合的方式对各公路工程的高程基准点进行复核和加密布设；而水库主坝其它项目和公路工程涉及了金属结构加固改造、液压启闭机房改造和桥梁工程等，其要求精度较高，这里则选择了水准测量为主，全站仪辅助检查的方式来完成高程基准点的校核和加密布设。

GPS技术在地形数据采集的应用