全球定位系統(tǒng)（GPS）在LOTSANE大壩施工測量中的應(yīng)用

1、全球定位系統(tǒng)（GPS）在LOTSANE大壩施工測量中的應(yīng)用侯 波 孫學(xué)強(qiáng) 雷春華 盛東峰摘 要 全球定位系統(tǒng)（GPS）是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位和定時(shí)的功能。能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。本文介紹了GPS在LOTSANE大壩施工測量中的應(yīng)用，并對關(guān)鍵的作業(yè)步驟作了具體的敘述；總結(jié)了在LOTSANE大壩施工測量中的應(yīng)用和創(chuàng)新，為類似工程施工提供借鑒。關(guān)鍵詞 GPS 參數(shù)計(jì)算 參考線 放樣 斷面測量1 工程概況駱查尼大壩為博茨瓦納水務(wù)部投資興建的一座為解決周邊二十幾個(gè)村莊飲用、灌溉的水利工程。項(xiàng)目由一座長1.5km，30

2、m高的粘土心墻堆石壩、180m寬開敞式溢洪道、灌溉和飲用水泵站、水處理廠和約10km灌溉管線等組成。工程于2009年4月6日正式開工，總合同投資74256萬普拉，約合9500萬美元。土石方開挖250萬m3，大壩壩體填筑150萬m3，混凝土澆筑3萬m3。2 施工階段的測量工作大壩軸線2.1 參數(shù)的測設(shè)計(jì)算GPS接收機(jī)直接輸出來的數(shù)據(jù)是WGS-84的經(jīng)緯度坐標(biāo)，而設(shè)計(jì)提供的是南非當(dāng)?shù)厥褂玫囊环N坐標(biāo)系，因此為了滿足現(xiàn)場施工測量的需要，需要把WGS-84的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到施工測量坐標(biāo)，由于設(shè)計(jì)并沒有提供兩坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換的關(guān)系，就需要測量計(jì)算出兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。這也是進(jìn)行后續(xù)測量工作的前提條件，具

3、體方法如下：設(shè)計(jì)提供的幾個(gè)控制樁及本地坐標(biāo)，坐標(biāo)數(shù)據(jù)及控制樁分布見圖1。 選擇合適的點(diǎn)P架設(shè)基站，在GPS手薄里建立一個(gè)新的作業(yè)用于儲存測量數(shù)據(jù)。把P點(diǎn)和其他控制點(diǎn)的本地坐標(biāo)傳到這個(gè)作業(yè)里，然后用GPS測出上述點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)，兩種坐標(biāo)放入同一作業(yè)里，用GPS自帶的功能計(jì)算出兩者相互轉(zhuǎn) 圖1換的參數(shù)，方便兩種坐標(biāo)換算。2.2 清表前的范圍放樣由于整個(gè)工程范圍被灌木所覆蓋，全站儀放樣通視條件差，而GPS接收衛(wèi)星信號不受影響。以下游的1#棄渣場（如圖2）為例講述其放樣過程。把F1、F2、F3、F4、F5五個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)輸入儀器，因?yàn)镕1距F2有100m左右，距離較遠(yuǎn)，為在F1與F2這條直線上任意位置

4、放樣點(diǎn)，用F1、F2兩點(diǎn)建立參考線，起點(diǎn)距為0時(shí)放樣出F1點(diǎn)，然后向前移動，垂距接近0時(shí)，每隔1020m放樣一個(gè)點(diǎn)，用警戒帶綁在樹上做 圖2標(biāo)記，當(dāng)然由于清表對精度要求不高，垂距在正負(fù)1m范圍內(nèi)完全可以定點(diǎn)。剩余部分放樣方法與F1-F2直線相同，其他部位清表與此方法類似，這里不做一一闡述。2.3 地形測量 GPS在地形測量中的應(yīng)用與全站儀的測量方法類似，而GPS自動測量功能是無法用全站儀代替，下面以采砂場道路測量為例介紹這一功能。本工程砂場儲量不足且砂子質(zhì)量不符合工程要求，考慮現(xiàn)場條件及環(huán)保要求，盡可能選擇將原有的區(qū)域拓寬，需對河道及現(xiàn)有的小路進(jìn)行測量，以選擇比較合理的路線。由于測量精度要求不

5、高，就不考慮參數(shù)問題，用手持移動站隨越野皮卡車以較慢的速度在河道及原有的小路行駛，打開GPS“自動測量”這一功能，一秒鐘測量一個(gè)點(diǎn)，并且存入儀器，上述部位只需皮卡車跑一遍就能完成外業(yè)工作，下載數(shù)據(jù)很快就能完成所需路線繪制工作，為采砂場開采方案的快速上報(bào)奠定了基礎(chǔ)。2.4 放樣由前面所述方法得出大壩所在區(qū)域的參數(shù)后，針對本工程為土石壩，將GPS基站架設(shè)在高程相對較高的控制點(diǎn)R3，移動站可在整個(gè)大壩范圍內(nèi)高精度的工作；經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)地測量，同一點(diǎn)平面坐標(biāo)和TCR402全站儀所測結(jié)果進(jìn)行比較，平面坐標(biāo)測量差值在1 cm以內(nèi)，高程與蘇光DS3自動安平水準(zhǔn)儀所測結(jié)果作比較，其差值在2 cm以內(nèi)，綜上所述GP

6、S測量精度對于堆石壩基本可以滿足施工和技術(shù)規(guī)范要求。2.4.1 大壩體型放樣在大壩填筑過程中，根據(jù)大壩填筑工序循環(huán)周期短的原因，導(dǎo)致測量放線的次數(shù)就增加了，經(jīng)過摸索及以往的經(jīng)驗(yàn)，巧妙的應(yīng)用了GPS里面參考線這一功能，使得能很快知道儀器移動站所處的位置P點(diǎn)的樁號及距壩軸線的偏移距離，大壩軸線見圖3。 圖3樁號1000到右岸這段壩體為例，把A點(diǎn)和BC-1點(diǎn)坐標(biāo)輸入一個(gè)新建的作業(yè)里，建立A至BC-1參考線，參考線起點(diǎn)里程輸為1000，左右偏移輸入0，這樣儀器所在的任意位置樁號=1000+a，和距壩軸線的垂直距離=b，而這個(gè)計(jì)算是儀器自動完成，儀器直接顯示任意點(diǎn)樁號和偏移及高程。再用編程計(jì)算器很快就能

7、確定回填邊線位置或大壩邊坡的超欠挖情況，為大壩的快速填筑奠定了基礎(chǔ)。2.4.2 構(gòu)筑物放樣2.4.2.1 方法一：參考線法輸入要放樣的點(diǎn)A,B,C,D四點(diǎn)見圖4，然后建立參考線A-B,起始里程輸為0，偏移輸為0，挪動儀器，當(dāng)屏幕顯示樁號偏移均為0時(shí)定點(diǎn)，當(dāng)然樁號和偏移誤差在3mm以內(nèi)時(shí)可以直接定點(diǎn)，同樣的方法放樣出B,C,D，全部定點(diǎn)標(biāo)記后再檢 圖4 查一遍以免出現(xiàn)錯(cuò)誤。2.4.2.2 方法二：點(diǎn)放樣法輸入要放樣的點(diǎn)A,B,C,D四點(diǎn)，用GPS放樣功能依次放樣出各點(diǎn)位置，同樣作校核。2.4.3 管線放樣本工程灌溉管線全長5.3km，63個(gè)拐角點(diǎn)，要穿過整個(gè)村莊，村子里的樹木比較茂密，加之房屋的

8、影響，用全站儀放樣很不方便，而用GPS很快就能放樣出其位置。管線開挖前的位置放樣與上述構(gòu)筑物放樣一樣，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙用EXCEL在計(jì)算機(jī)里計(jì)算出變坡點(diǎn)中間每10m各點(diǎn)的開挖高程，在位置放樣后，然后在GPS里輸入開挖高程，儀器自動計(jì)算下挖深度，把得到的下挖深度標(biāo)記在木樁上。管線粗略開挖完成以后，每10m左右以及變坡點(diǎn)放樣一個(gè)樁，高程為管頂高程，放樣方法和管線開挖前高程放 圖5樣一致并標(biāo)記。見圖5。2.4.4 大壩填筑層厚控制 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求，下游側(cè)基礎(chǔ)面以上依次為50cm厚2A(砂子)料，50cm厚2B（小石）料，50cm 厚2A(砂子)料見圖6，由于開挖面不是平面，所以為了既保證上述三種料的

9、厚度，又不能浪費(fèi)，就必須對其厚度作出有效的控制，采用縱向每10m一個(gè)斷面，橫向10m一個(gè)點(diǎn)組成方格網(wǎng)，用GPS 圖6測出基礎(chǔ)面的位置及高程，鋪設(shè)完一種料后在同一位置測其高程，得出高差控制其厚度，以有效控制其厚度又避免浪費(fèi)。2.5 工程量的測量與計(jì)算在前期測量地形用CASS8.0軟件成圖后，在構(gòu)筑物特征點(diǎn)、地形變化點(diǎn)或者整樁號處切斷面，生成斷面位置的原始地面線的斷面圖，待開挖至設(shè)計(jì)斷面后，在與原始地面斷面圖相同樁號處測出開挖斷面，在斷面測量過程中還是利用GPS里面參考線的功能，在斷面測量過程中挪動儀器到要測的樁號上，GPS測量斷面要比全站儀更容易掌握所測位置的樁號，保證很快能完成斷面測量，然后按測存鍵儲存數(shù)據(jù)，連接電腦下載斷面數(shù)據(jù)并繪制斷面圖從而計(jì)算開挖面積，回填面積與開挖面積類同，然后計(jì)算出工程量。3