GPS控制网设计在水利工程控制测量中的应用

GPS控制网设计在水利工程控制测量中的应用

王子良

云南省大理州水利水电勘测设计研究院云南大理671000

摘要：随着经济的不断发展和社会的不断进步，国家对水利工程建设越来越重视，水利工程控制测量是一项比较重要的工作，对于测量技术的选择也是相当重要的。测量技术也在不断的更新过程中，传统的测量技术已经不能满足水利工程控制测量的需求，GPS测量技术就这样发展起来。在真正的测量过程中，选择合适的GPS控制网对提高水利工程的测量精度和测量质量有非常重要的影响。本文简单介绍了GPS控制网设计的注意事项及其工作的主要内容，对其网型结构中的特点具体分析，从而探讨了其在水利工程控制测量中的优缺点，以便为同类型的研究提供意见。

关键词：GPS控制网；水利工程；控制测量；应用

1.引言

在水利工程建设过程中，其施工环境非常复杂，测量中的设计工作相当重要，只有选用恰当的测量技术才能高效完成工作。GPS测量技术高效的应用在很大程度上可以提高水利工程的控制测量水平。传统的测量控制网不能满足水利工程测量的需要，应用GPS测量控制网技术已经成为水利工程勘测阶段必要的技术。GPS控制网设计受外界的影响比较小，且成本比较低、测量的效率和测量的精准度比较高，以往的水利工程控制测量一般都采用常规监测的方式，通过确定一个基准，然后利用各种测距设备进行测量得到最终数据，建立整体的监测网络体系，整个测量的过程需要消耗大量的时间、人力、物力和财力，并且出错率高[1]。GPS控制网设计可以改变这一缺点，自动化程度高、在短时间内获得的测量数据比较精准，大大提高了GPS控制网设计在水利工程控制测量中的应用效率和效果。

2.水利工程GPS控制网设计

在GPS控制网进行设计时，往往要考虑到常规测控控制网的特点，在这些特点的基础上进行改进。常规测量控制网需要考虑点间通视和观测角度等相关问题，但是在GPS控制网设计过程中，可以避免这些问题，因此GPS控制网设计的工作量比较小，而且对于控制网中的结构图形也是比较灵活多变的[2]。

在GPS控制网设计的过程中，要严格安全设计要点进行，第一应该对测量的精度进行控制，不同级别的测量状况下，固定误差、比例误差和相邻点间的平均距离都是有差别的，在设计之前要规定好具体级别下的误差值；第二要最好基准的设计，GPS控制网都是以基准为目标的，一般GPS最终得到的数据成果都是基准数据系统结合的结果，因此在设计的过程中，假设GPS测量结果发生坐标转换，也可以根据公共点进行选择测量。总之，在测量的过程中要严格结合实际情况。

除了设计要点之外，在进行GPS控制网设计时，要遵守GPS的使用规则；还应注意异步环中相邻的点应该进行同步观测，以提高GPS控制网设计的整体的精确度；并且随着异步环的边数的增加，检测的能力也会逐步下降，从而使检测到的精度降低，所以在保证检测精确的同时，要把异步环的边数严格控制在6条以内；与此同时也要保证每个监测站都能够与三条及以上的独立基线进行连接。在水利工程控制测量中，应该提前确定控制点，根据控制点的不同组成不同类型的GPS控制网，GPS测量分为动态定位和静态定位两种形式，静态定位的数据处理具有滞后性从而无法保证观测数据的真实有效性，动态定位可以提高观测点的精度，从而使观测的工作量减少，提高了工作的效率[3]。

3.GPS控制网设计在水利工程控制测量中的应用分析

本研究选用的某水利工程中的控制测量的GPS控制网设计的形式进行的研究，将首级控制网定为三等，在测量范围外侧布设控制点，根据所布的控制点组成不同类型的GPS控制网。数据采集采用动态的形式，可以以三角形形式进行监测，每个站点的观测时间是60分钟，监测的时间间隔为5秒，均按照标准进行观测，平差的计算采用GPS仪器附带的平差计算软件在实际数据处理的过程把G001和G002作为已知的观测点。在具体的GPS控制网设计中有点连式、边连式和点边混连式三种形式，具体的内容介绍如下。

3.1点连式

点连式是最基础、最简单的一种控制网方式，主要是靠公共点进行连接，在实际应用中因为几何强度比较弱且很少形成异步环，作业的速度相对较快，但因为操作中检核的条件比较少，所以形成的网型的可靠性比较低，从而在实际的水利工程控制测量中很少单独使用，一般都是结合异步环的可靠性进行使用的，这样可以更大程度上提高测量的精确度和测量效率。

根据实际的应用发现，点连式控制网如图1所示，可以看出异步环为0个，闭合环点数为3个，而同步环和闭合环的总数都是5个。而且通过分析发现这些基线和数据误差都负荷建立控制网的标准，通过计算得知，相关的接收机接受监测位置大概需要5个小时，对此的测量消耗的人力、物力、财力都相对较少，但是也不能否认它自身的缺点，在具体的应用过程中要结合实际情况进行。

图1点连式控制网

3.2边连式

边连式显而易见就是一条公共的基线在相邻的图形之间的连接，一般都是形成很多复合边，其可靠性和几何强度都比边连式要好很多，因此在实际的水利工程控制测量中应用比较多。在实际的应用中，边连式的GPS控制网的形状有很多并不局限于这一种，如图2所示，异步环数为15个，闭合环节点数为3个，同步环数为10个闭合环数为25个。根据边连式得到的数据精度要比点连式高很多，并且根据分析充分符合建控制网的条件，但是相关的接收机接受监测位置大概需要10个小时，需要花费的时间较长，在性价比上不是特别合理，但从可靠性来讲是完全符合条件的。

图2边连式控制网

图3点边混连式控制网

3.3点边混连式

点边混连式的控制网是结合了点连式和边连式的优缺点结合起来的相邻的公共图形中存在相同的边或者点，既具有点连式快递的优点，又具有边连式可靠性的特点，其在实际水利工程中应用比较广泛，在测量质量和测量效果上都比较好。通过图3可以知道，异步环数和闭合环节点数都是3个，同步环数为7个，闭合环数为10个。从精确度来说远远高于点连式和边连式，而且相关的接收机接受监测位置大概需要7个小时，时间比较适中且经济实惠，具有较高的几何强度和可靠性。

通过上述应用分析，我们知道点边混连式是最经济的精确度最高，且可靠性最高，在单独使用点连式或者边连式时要结合其他的方式尽可能的避免其缺点，在该水利工程控制测量中应该采用点边混连式的GPS控制网，才可以使最终的测量结果真实有效。

4.结论

总而言之，GPS控制网设计在水利工程控制测量中的应用比较广泛，而且其达到的测量数据的准确度高，比较安全可靠。在具体的水利工程项目中，要严格按照GPS操作的规范进行，根据具体情况建立适当的GPS控制网，本研究以期给同类型的研究提供借鉴。

参考文献：

[1]刘凯，张永祥.GPS控制网设计在水利工程控制测量中的应用[J].红水河，2012，31（02）：83-85.

[2]王健力.GPS控制网设计在水利工程控制测量中的应用分析[J].广东科技，2014，23（02）：92-93.