测量机器人与GPS技术在大坝填筑施工中的应用比较

测量机器人和GPS技术都是20世纪90年代以来得到广泛应用的新型测量技术，为测量界带来了革命性的改变。本工程中，最终为什么考虑选择测量机器人技术进行施工质量过程控制，以下通过对比分析进行简述。

1.使用条件比较

使用GPS技术，要求接收机上空视野开阔，一定的高度角（一般为10°～15°）以上不能有成片的障碍物，以保证可见卫星构成良好的几何图形，接收到较好的卫星信号；另外在复杂的环境下，GPS信号易受多路径效应的影响。因此，GPS技术适用于环境相对开阔、信号干扰小的区域。而对于V形河谷，其应用的效果不理想。

测量机器人不需要对天空通视，测站设置灵活，甚至可用在室内。除主机价格比较昂贵外，信号反射目标（棱镜）价格相对低廉。对于大坝填筑施工质量监控系统，使用测量机器人技术在移动目标（碾压机械）上只需安装反射棱镜，而使用GPS技术则需要在移动目标上安装GPS接收机，价格较高。而测量机器人与棱镜之间需要相互通视，GPS接收机之间则不需要通视。

GPS测量的误差源较多，数据预处理流程较为复杂；而测量机器人的观测数据直观，数据预处理简单。

2.精度比较

基于GPS的大坝填筑质量监控系统采用的是GPS RTK技术。目前GPS载波相位实时差分定位的一般精度为厘米级，考虑到大坝填筑施工中的移动目标一般不会超出GPS基准站的服务范围，其平面位置精度可以满足碾压机械的运行轨迹、速度和碾压遍数的计算精度要求。而在高程方面，通过选择高性能、抗干扰性强的双频接收机，适当考虑数据采集方法并采用合理的高程拟合模型，可达到±（1～2）cm的高程精度，从而能够满足填筑施工摊铺层厚度与平整度的控制需要。

测量机器人的测距精度一般都在毫米级，测角精度也可以控制在5″以内。本系统测量机器人跟踪模式下的测距精度为3mm+1.5×10-6D，ATR测角精度为1″。经大量的理论分析和实践经验，在大坝填筑施工区域范围内，仪器距棱镜500m时平面点位精度在5mm以内，高程精度在4mm以内。可见，测量机器人的点位精度要明显高于GPS测量的结果，尤其是在高程方向上更有优势，这对于碾压参数的精确控制更为有利。(www.xing528.com)

3.可扩展性应用的比较

基于GPS的大坝填筑碾压施工监控系统建立后，限于使用条件要求、工作环境复杂性等因素，GPS在大坝施工期间基本上不能另作他用。而基于测量机器人的大坝填筑施工质量控制系统，因其灵活性，除用于填筑施工过程控制外，还可用于其他测工作。例如，在碾压施工间歇期，可将测量机器人用于动态目标安装引导定位、大坝两岸高边坡稳定性监测、工程重点部位放样及检核等。另外，在工程后期还可将其用于大坝的变形监测。

综述以上对比分析，一般情况下，测量机器人和GPS两种技术都可用于大坝填筑施工过程的质量控制；在灵活性、精度方面，使用测量机器人更有优势。可见，从性价比考虑，在卡基娃水电站大坝填筑施工过程控制中，选择使用测量机器人是适宜的，且在同类型工程中更易得到推广应用。

基于测量机器人的大坝填筑施工质量控制系统的建立和应用具有开创性，特别是在卡基娃坝址的特殊地形条件下，选择研发测量机器人新技术成功应用于大坝填筑施工过程控制，是目前国内外一个非常好的典型应用范例。

系统使用表明，经过测量机器人系统进行实时碾压监控的填筑区域，坝料填筑质量检测均能满足设计参数要求。与传统试坑法在卡基娃工程的同步使用，是堆石坝施工质量“双控”（即“过程控制”和“最终参数控制”）的一次成功结合，受到了工程监理部和流域检测中心的一致好评，也被受国内同行业的高度关注。

测量机器人碾压监控系统的研制与应用，是继GPS碾压监控系统后的又一新模式，成功解决了V形河谷的碾压施工质量过程监控问题，而且通过数据记录和存储，为今后堆石坝的设计研究和质量追溯提供了依据，是大坝碾压质量监控技术的又一突破。

测量机器人监控系统在卡基娃大坝填筑施工中的应用，有效地解决了高寒、高海拔地区，复杂地形河谷中进行堆石体填筑施工碾压参数的过程控制问题，为堆石坝填筑质量“施工过程控制”找到一个稳定、可靠、快速的监测手段。该监控系统不仅适用于土石料填筑碾压施工质量的控制需要，而且也适合于工程的施工放样、地形测量和变形监测，具有广阔的市场应用前景和巨大的经济与社会效益。