摘要：本文根據(jù)作者多年的工作經(jīng)驗對GPS在水利工程中測量的發(fā)展，工作原理組成，特點及應(yīng)用進行分析。

　　關(guān)鍵詞：水利工程，特點原理，GPS組成

　　Abstract: based on the author's work experience on GPS in water conservancy engineering measurement in the development, working principle composition, characteristics and application analysis.

　　Keywords: water conservancy project, the characteristic principle, GPS composition

　　中圖分類號： TV 文獻標識碼：A 文章編號：

　　隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長的西部大開發(fā)的實施，我國的水利工程建設(shè)迎來前所未有的發(fā)展機遇，這就對勘測設(shè)計提出了更高的要求。但常規(guī)測量方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制，作業(yè)強度大，且效率低，大大延長了設(shè)計周期

　　1 GPS 技術(shù)概述及其在水利工程測量中的發(fā)展現(xiàn)狀

　　目前，水利工程測量在工程建設(shè)中的作用越來越重要，尋求好的測量方法和測量技術(shù)成為專業(yè)人員重點關(guān)注的事情。隨著社會的發(fā)展，各種測量方法和測量設(shè)備不斷推陳出新，GPS 技術(shù)應(yīng)運而生。GPS 技術(shù)在水利工程測量中，以其高效率、低成本、高精度、不需要通視等特點受到人們的歡迎。在水利工程測量中得到廣泛應(yīng)用。

　　GPS 其中文全稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)( Global Po-sitioning System) ，它是無線式導航系統(tǒng)，其系統(tǒng)基礎(chǔ)為已經(jīng)發(fā)射的地球衛(wèi)星。我國測量采用的是美國發(fā)射的24 顆導航衛(wèi)星。通過測量地面三維坐標來實現(xiàn)導航或者定位。

　　GPS 測量技術(shù)具有很多優(yōu)點，在水利工程測量中得到了越來越多的應(yīng)用。GPS 技術(shù)在水利工程中的初級應(yīng)用是: 用 GPS 靜態(tài)或者快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制測量; 同時，在水利工程施工階段為閘門、渠道、堤壩建立施工控制。而更高一級的應(yīng)用是在水利工程測量中采用 RTK 技術(shù)，即所謂的實時動態(tài)定位技術(shù)。GPS 測量技術(shù)在水利工程測量中應(yīng)用前景廣闊。

　　2 GPS工作原理、組成及其特點

　　2. 1 GPS 技術(shù)的工作原理

　　GPS 系統(tǒng)是衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，采用的方法為距離交會法，該方法的原理是: 將 GPS 接收機設(shè)置在要求的某一位置 N 點，GPS 衛(wèi)星發(fā)出的導航電文中，在某時刻接受三顆( a，b，c) 或者三顆以上的 GPS 衛(wèi)星發(fā)出的導航電文。接下來，通過各種復雜的數(shù)學計算和數(shù)據(jù)處理方式，將計算出這一時刻時，GPS 接收機到達 GPS 衛(wèi)星的距離為: SaN，SbN，Sa1。在求得兩者之間的距離的同時，通過接收衛(wèi)星星歷可以獲得這一時刻這些衛(wèi)星在空間的位置，也就是三維坐標。在使用的坐標系統(tǒng)中，GPS 測量通常采用其中的兩種: 第一種是地固坐標系統(tǒng)，第二種是空間固定坐標系統(tǒng)。同時根據(jù)需要可以進行坐標系的轉(zhuǎn)換，通過轉(zhuǎn)換可以有效表達控制點位置，使觀測效果更直觀.

　　2. 2 GPS 組成

　　空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)是 GPS 系統(tǒng)的兩大組成部分，此外，用戶還應(yīng)該具有衛(wèi)星接收設(shè)備。

　　( 1) 空間衛(wèi)星群。空間衛(wèi)星群是由均勻分布在 6個軌道面上，之間夾角為 60°的 24 顆大約高為 20 萬 km的 GPS 衛(wèi)星群組成。其軌道和地球赤道的傾角約為55°，通過這樣的分布群可以保證接收 4 ～ 11 顆 GPS 衛(wèi)星發(fā)送出的信號。

　　( 2) 地面控制系統(tǒng)。其組成為主控站 1 個、監(jiān)測站5 個、注入站 2 個。這三個部分都有其不同的作用，主控站用來計算衛(wèi)星的星歷以及衛(wèi)星鐘的修改參數(shù)等，其依據(jù)是各個監(jiān)測站的觀測數(shù)據(jù)。注入站計算出來的修改參數(shù)送入注入站，注入站起到接收的作用。監(jiān)控站是用來接收衛(wèi)星信號的。三者之間相互聯(lián)系、相互補充。

　　( 3) 衛(wèi)星接收設(shè)備。主要由接收機、數(shù)據(jù)處理軟件、氣象儀等組成，其作用是接收信號，并利用信號進行導航定位。

　　3 GPS 在水利工程測量中的應(yīng)用特點

　　水利工程是國家的經(jīng)濟命脈,提高其工作效率、保障其安全運營是頭等大事。但是水利工程規(guī)模大、施工難度大、運營管理困難，GPS 技術(shù)不僅可以為水利工程的興建提供及時準確的測量數(shù)據(jù)和信息，而且也為運營中的水利建筑物的適時安全監(jiān)測提供了可能性，全球定位技術(shù)在水利工程的建設(shè)和管理中得到廣泛的應(yīng)用。

　　(1) 平面控制測量。淘汰了常規(guī)的導線測量的控制方式，根據(jù)工程的實際需要，進行 GPS 靜態(tài)定位、快速靜態(tài)定位和實時動態(tài)定位技術(shù)(簡稱 RTK)控制網(wǎng)測量和部分碎部測量。其基本優(yōu)點首先是高精度，應(yīng)用實踐證明，GPS 相對定位精度在 50 km 以內(nèi)可達 10～6 ppm。在 300～1 500 m 工程精密定位中，1 h 以上觀測的解其平面位置誤差小于 1 mm;其次觀測時間短，20 km 以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需 15～20min，應(yīng)用 RTK 測量時，當每個流動站與基準站相距在 15km 以內(nèi)時，流動站觀測時間每站觀測僅需幾秒鐘。

　　(2) 放樣測量。在水利工程測量過程中，采取 RTK 點放樣和線路放樣，進行點放樣時，首先將放樣點坐標和靜態(tài)網(wǎng)中的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)一起上傳到 GPS 流動站中，然后根據(jù)所放點標識進行實地放樣，放樣精度可以控制在 5 cm 以內(nèi);進行線路放樣時首先在室內(nèi)根據(jù)線路中心線的彎道元素編制線路中心線文件，將該文件和坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)上傳到 CPS流動站接收機，在實地依樁號和所放點與中心線的關(guān)系進行現(xiàn)場放樣。

　　(3) 航空攝影測量外業(yè)像控。在水利工程中，測區(qū)通常都是條帶狹長型，線路一般較長，而且測區(qū)樹林茂密，通視條件差，而像控點布設(shè)一般較為分散，像控點間距離較遠，采用傳統(tǒng)的控制測量模式不僅耗時費力，而且也很難保證成果精度質(zhì)量和工期的進度，而采用 GPS 就很容易解決以上問題，在較短的時間內(nèi)即可完成外業(yè)像控點的采集工作。

　　(4) 高程測量。GPS 測量資料與水準測量資料相結(jié)合，來確定區(qū)域性大地水準面的高程是一種有效的方法。這種方法要求 GPS 觀測點具有水準測量資料且密度適當，分布比較均勻。利用高精度 GPS 定位技術(shù)精密確定觀測點的大地高程差，并根據(jù)建立的適當大地水準面數(shù)學模型，內(nèi)插出計算點的高程異常或異常差，從而得出特定點的正常高。

　　經(jīng)過實踐證明，采用靜態(tài)定位方法測出的大地高差誤差 Δh/D 可達到 3～4 ppm，當距離小于 20 km 時，可達到厘米級精度;

　　引入高級水準點，進行高程轉(zhuǎn)換后。在平原和丘陵地中誤差可達到±5 cm，山區(qū)也可以達到±15 cm，可以完全代替四等水準。

　　4 結(jié)語

　　綜上所述，GPS 測量技術(shù)優(yōu)點明顯，應(yīng)用廣泛。通過 GPS 測量技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用，充分掌握了 GPS 測量技術(shù)的應(yīng)用過程和方法，為以后 GPS 的更廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。在利用 GPS 技術(shù)進行水利工程測量的時候，要特別注意測量結(jié)果的精確度和實用性，這是采用 GPS 技術(shù)測量的關(guān)鍵。