劉耀泉

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣州510170)

數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，是應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及先進(jìn)的通訊技術(shù)，對(duì)地面目標(biāo)物進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定，并將測(cè)定結(jié)果分析處理的先進(jìn)技術(shù)。在水利工程質(zhì)量不斷提高的今天，該技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用到水利工程測(cè)量中，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，該技術(shù)的應(yīng)用，取代了傳統(tǒng)的人工模擬繪圖，對(duì)于提高工作效率也具有重要意義。文章就該技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行如下分析。

1 數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是和傳統(tǒng)的測(cè)繪手段相比較才能觀察到的，具體有如下3 個(gè)方面:

1.1 精確度高，檢測(cè)面廣

精確度高，檢測(cè)面廣是數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的重要特點(diǎn)，也是優(yōu)于傳統(tǒng)測(cè)繪手段的最明顯的地方。在數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，可以就目標(biāo)內(nèi)的所有信息給予采集，并分析處理及儲(chǔ)存。并且在對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，具有很高的精確性，大大減少了人工處理時(shí)所出現(xiàn)的誤差。另外，由于水利工程的特殊性，在進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，必須前往河流或湖泊所在地，才能完成真實(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量工作［1］。但這些部位通常環(huán)境復(fù)雜，地理?xiàng)l件多樣，無(wú)形中給測(cè)量工作造成了困難，加大了測(cè)量難度。這時(shí)，如果采用現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)，將會(huì)減少在野外工作的時(shí)間，減少工作強(qiáng)度，但工作效率會(huì)得到提高，測(cè)量準(zhǔn)確性也會(huì)相應(yīng)的提高。

1.2 迅速處理測(cè)量數(shù)據(jù)的能力

在水利工程相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，通常涉及到大量數(shù)據(jù)，處理它們會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間，并且容易出現(xiàn)差錯(cuò)。這在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)測(cè)量中是重點(diǎn)內(nèi)容，也是最不容易控制的。但現(xiàn)代數(shù)據(jù)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，將這一問(wèn)題成功解決，并且不僅將大量測(cè)繪數(shù)據(jù)及時(shí)處理，還提高了準(zhǔn)確性，對(duì)于水利工程施工具有重要意義。

1.3 使得測(cè)量信息更加形象化

現(xiàn)代數(shù)據(jù)測(cè)繪技術(shù)的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是集中了目前眾多先進(jìn)技術(shù)，如計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、高性能軟件技術(shù)等，通過(guò)對(duì)它們進(jìn)行有機(jī)組合，使得測(cè)量數(shù)據(jù)及信息更加形象化、完整化，使人觀看之后有種一目了然的感覺(jué)?；谶@種特性，現(xiàn)代數(shù)據(jù)測(cè)繪技術(shù)在復(fù)雜的水利工程施工中，顯得游刃有余［2］。

2 GPS 測(cè)量技術(shù)的基本情況及主要特點(diǎn)

隨著科學(xué)技術(shù)不斷革新、改進(jìn)，數(shù)據(jù)測(cè)繪技術(shù)也呈現(xiàn)多樣化，如GPS 測(cè)量技術(shù)、航空攝影測(cè)量技術(shù)、遙感測(cè)量技術(shù)等。下面就以GPS 測(cè)量技術(shù)為例，將其在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

2.1 基本情況

GPS 測(cè)量技術(shù)是全球定位系統(tǒng)，具有準(zhǔn)確性高、測(cè)量速度快、操作方便及功能多樣化等特點(diǎn)。已被應(yīng)用到許多工程測(cè)量中，并取得了良好的效果。如應(yīng)用到公路工程測(cè)量中、資源勘探測(cè)量中、海洋資源勘探等。通過(guò)在不同領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用，不僅提高了測(cè)量準(zhǔn)確性，同時(shí)也提高了施工質(zhì)量，縮短了工期。通常情況下，該技術(shù)主要有三部分組成，分別為空間星座、用戶設(shè)備及地面控制。在測(cè)量地面信息時(shí)，不會(huì)受到環(huán)境影響，如刮風(fēng)、下雨等。另外，測(cè)量具有不間斷性，也就是說(shuō)能夠全天24 小時(shí)對(duì)地面信息進(jìn)行測(cè)量，如果地面信息稍有點(diǎn)變動(dòng)，便會(huì)顯示在測(cè)量系統(tǒng)終端上，從而提高了信息的真實(shí)性。在水利工程測(cè)量時(shí)，通常與由于測(cè)量環(huán)境復(fù)雜、多變，給測(cè)量工作帶來(lái)極大困難，而GPS 測(cè)量技術(shù)由于體積小，容易攜帶，定位準(zhǔn)確性高特點(diǎn)，使水利工程測(cè)量工作變得簡(jiǎn)單易行。

2.2 主要特點(diǎn)

通過(guò)在水利工程測(cè)量中不斷使用，總結(jié)出這6大特點(diǎn):

2.2.1 定位準(zhǔn)確性高

這是該技術(shù)的主要特點(diǎn)，也是廣泛應(yīng)用的主要因素。在實(shí)際應(yīng)用中，測(cè)量準(zhǔn)確度通常和基線長(zhǎng)度有關(guān)，當(dāng)基線越長(zhǎng)，定位的準(zhǔn)確度將會(huì)越高。當(dāng)基線在50 km以內(nèi)時(shí)，精確度可以達(dá)到1.0×10－6。

2.2.2 不同觀測(cè)站之間不需要通視

也就是說(shuō)，在測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，無(wú)需搭建覘標(biāo)，就能實(shí)現(xiàn)定位。這種特性使得測(cè)量工作具有很好的靈活性，當(dāng)遇到地理?xiàng)l件復(fù)雜的工作環(huán)境時(shí)，可以將測(cè)量點(diǎn)選在易于測(cè)量的位置，不僅減少了工作量，也降低了測(cè)量難度，這將對(duì)于水利工程測(cè)量是有利的。

2.2.3 操作簡(jiǎn)便

GPS 測(cè)量設(shè)備除了具有輕便，易于攜帶之外，還具有操作方便特性。如設(shè)備中的操作按鈕稀少，操作步驟簡(jiǎn)單化，并且在操作中，均具有操作提示，使得操作起來(lái)，顯得很方便。另外，該設(shè)備的測(cè)量系統(tǒng)具有很高的自動(dòng)化程度，使得大部分測(cè)量工作都是由設(shè)備完成，人工操作的地方很少，從而增加了測(cè)量準(zhǔn)確性，減小了誤差。

2.2.4 測(cè)量時(shí)間短

在GPS 測(cè)量設(shè)備中，裝置了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)定位測(cè)量技術(shù)，使得測(cè)量能在瞬時(shí)間完成，但并不影響測(cè)量準(zhǔn)確性。該技術(shù)能縮短測(cè)量時(shí)間，就是得益于此。

2.2.5 能夠提供三維坐標(biāo)圖

當(dāng)要對(duì)某一地段進(jìn)行測(cè)量時(shí)，只要選定某一點(diǎn)，GPS 測(cè)量系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)采用三維坐標(biāo)技術(shù)對(duì)該點(diǎn)鎖定，提高檢測(cè)精確度。

2.2.6 全天候運(yùn)行

這為連續(xù)測(cè)量工作提供了保障，如當(dāng)遇到風(fēng)雨天氣時(shí)，常規(guī)數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)均不能使用，而GPS 測(cè)量技術(shù)照常使用無(wú)誤，從而避免了因氣候因素而造成的測(cè)量終止等情況。

在GPS 測(cè)量技術(shù)測(cè)量中，其主要功能的是三維坐標(biāo)。在使用時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)兩方面誤差，分別為中桿位置誤差及全站儀測(cè)距誤差，這兩個(gè)誤差常用一定公式表示，其中測(cè)距誤差為MD=(A+B)*D，其中A 表示固定誤差，B 表示誤差系數(shù)，D 表示測(cè)定距離。隨著測(cè)量技術(shù)不斷改進(jìn)，誤差表示方式也發(fā)生了變化，如今，上述表示方式已轉(zhuǎn)化成MD=3mm+2ppm/*D。有了這種誤差表示公式，便可以計(jì)算出數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)的誤差大小，如當(dāng)被測(cè)量目標(biāo)距離測(cè)量地點(diǎn)＜500 m時(shí)，誤差分為在5 cm之內(nèi)。也就是說(shuō)，在一定距離之內(nèi)，只要按照測(cè)量步驟，就能將測(cè)量誤差控制在很小范圍之內(nèi)。所以，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，要認(rèn)真檢測(cè)定向點(diǎn)和測(cè)站點(diǎn)，并注意測(cè)量范圍內(nèi)是否有障礙物，如果有，將會(huì)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性造成影響，這時(shí)，應(yīng)采用全站儀進(jìn)行檢測(cè)，以避免測(cè)量數(shù)據(jù)的不確定。

3 GPS 測(cè)量技術(shù)在水利工程中的具體應(yīng)用

水利工程通常涉及到水質(zhì)測(cè)量，河流附近地質(zhì)檢測(cè)等內(nèi)容，用傳統(tǒng)的測(cè)量方式，無(wú)形中增加了測(cè)量強(qiáng)度，也增加了測(cè)量誤差。另外，在測(cè)量時(shí)通常用到水準(zhǔn)儀及六分儀，這些儀器不僅使用不方便，而且測(cè)量精確度低，測(cè)量耗時(shí)長(zhǎng)，給測(cè)量工作帶來(lái)極大不便。GPS 測(cè)量技術(shù)由于具備準(zhǔn)確性高、操作方便及測(cè)量時(shí)間短等特性，在水利工程數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，不僅提高了測(cè)量準(zhǔn)確性，而且提高了測(cè)量效率。下邊就對(duì)該技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)述。

3.1 GPS 測(cè)量要求

根據(jù)水利工程測(cè)量要求，應(yīng)在工程數(shù)據(jù)測(cè)量趨于設(shè)定GPSE，并將測(cè)量系統(tǒng)設(shè)置成靜態(tài)點(diǎn)格式。這樣做，不僅有利于數(shù)據(jù)測(cè)量，而且能夠有效地控制測(cè)量誤差，將其控制在一定范圍之內(nèi)。更重要的是，這樣做，有益于測(cè)量中的選點(diǎn)、測(cè)量及數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)。

3.2 GPS 選點(diǎn)

在數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，為了提高測(cè)量準(zhǔn)確性，應(yīng)在測(cè)量范圍之內(nèi)設(shè)定13 個(gè)埋點(diǎn)，并給予編號(hào)，從1 至13。在選點(diǎn)上，應(yīng)注意以下原則:

1)應(yīng)保證所埋的點(diǎn)能夠被GPS 測(cè)量系統(tǒng)所接收，這是選點(diǎn)的基本條件，只有埋點(diǎn)被接收，才能進(jìn)入以后的測(cè)量工作。

2)在選點(diǎn)時(shí)，還要注意選點(diǎn)周圍是否有無(wú)線電發(fā)射裝置，有的話，應(yīng)及時(shí)避開，并保證選點(diǎn)和無(wú)線電設(shè)備之間的距離在200 m以外，才能避免無(wú)線電影響;另外，還要注意高壓線及微波信號(hào)，不能和它們挨得過(guò)近，相距距離應(yīng)保持在50 m以上，才能避免受到影響，提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3)在埋點(diǎn)時(shí)，還要注意所埋的目標(biāo)物具有明顯的特征，這樣才能確保在測(cè)量時(shí)更容易找到，避免因找不到目標(biāo)而造成的影響。另外，還應(yīng)保障選點(diǎn)周圍不能有障礙物，有的話，及時(shí)清理，以免對(duì)GPS 信號(hào)產(chǎn)生影響，降低測(cè)量準(zhǔn)確性。

4)選點(diǎn)要穩(wěn)定。

5)當(dāng)選點(diǎn)是作為水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)所用時(shí)，在數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，測(cè)量人員應(yīng)做好水準(zhǔn)路線，以保證測(cè)量準(zhǔn)確性。

3.3 觀測(cè)

當(dāng)埋點(diǎn)選好之后，就要對(duì)控制點(diǎn)標(biāo)志進(jìn)行埋設(shè)，這時(shí)，要嚴(yán)格按照四等水準(zhǔn)，不能隨意埋設(shè)。標(biāo)志埋好之后，應(yīng)等一段時(shí)間，然后再進(jìn)行測(cè)量，最好在埋設(shè)之后，下一場(chǎng)透雨，使埋設(shè)點(diǎn)穩(wěn)定，測(cè)量效果會(huì)更好。在埋點(diǎn)測(cè)定時(shí)，應(yīng)將測(cè)定格式設(shè)置成靜態(tài)觀測(cè)，同時(shí)采用非同步閉合環(huán)，以提高測(cè)量精確度，提供更多的測(cè)量數(shù)據(jù)。另外，在測(cè)量時(shí)，為了和測(cè)量要求相對(duì)應(yīng)，應(yīng)增加測(cè)量基線，同時(shí)將每點(diǎn)的站率設(shè)置成N＞2，這樣做，不僅可以提高測(cè)量準(zhǔn)確信，充分應(yīng)用基線，更能保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性及可靠性。

埋點(diǎn)標(biāo)志準(zhǔn)備好之后進(jìn)入測(cè)量環(huán)節(jié):

1)測(cè)量前，應(yīng)檢查測(cè)量?jī)x器是否精準(zhǔn)，同時(shí)選定可見(jiàn)性報(bào)表及最佳觀測(cè)點(diǎn)，之后制訂測(cè)量計(jì)劃。

2)測(cè)量時(shí)，應(yīng)將測(cè)量模式設(shè)置成靜態(tài)測(cè)量，同時(shí)將測(cè)定時(shí)間進(jìn)行規(guī)定，使測(cè)量在有效時(shí)間內(nèi)運(yùn)行，還應(yīng)將控制點(diǎn)強(qiáng)行對(duì)中、選定特定的衛(wèi)星系統(tǒng)等。

3)測(cè)量時(shí)，應(yīng)保證天線放置平整，以降低測(cè)量誤差，提高測(cè)量準(zhǔn)確性，在注意天線放置位置的同時(shí)，還應(yīng)注意它的方向，應(yīng)指向北方。

3.4 測(cè)量數(shù)據(jù)處理

測(cè)量結(jié)束之后，測(cè)量人員應(yīng)填寫測(cè)量手薄，并將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理一般包括，數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)、基線解算等、繪制控制點(diǎn)三維坐標(biāo)等。

在測(cè)量數(shù)據(jù)處理時(shí)，首先要對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行處理，常用的塞爾公式為:

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水利工程在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用日趨明顯，數(shù)據(jù)測(cè)量作為水利工程實(shí)施的主要環(huán)節(jié)，測(cè)量的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系著工程質(zhì)量好壞，所以被廣大工程管理人員所關(guān)注。文章以GPS 技術(shù)為重點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)測(cè)繪技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用情況基于分析，希望具有參考價(jià)值。

［1］星萬(wàn)程.數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用研究［J］.中國(guó)水運(yùn)，2013，13(12):266－267.