水利工程中GPS的应用分析

　　摘要：本文根据作者多年的工作经验对GPS在水利工程中测量的发展，工作原理组成，特点及应用进行分析。

　　关键词：水利工程，特点原理，GPS组成

　　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

　　中图分类号： TV 文献标识码：A 文章编号：

　　随着我国国民经济的快速增长的西部大开发的实施，我国的水利工程建设迎来前所未有的发展机遇，这就对勘测设计提出了更高的要求。但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，且效率低，大大延长了设计周期

　　1 GPS 技术概述及其在水利工程测量中的发展现状

　　目前，水利工程测量在工程建设中的作用越来越重要，寻求好的测量方法和测量技术成为专业人员重点关注的事情。随着社会的发展，各种测量方法和测量设备不断推陈出新，GPS 技术应运而生。GPS 技术在水利工程测量中，以其高效率、低成本、高精度、不需要通视等特点受到人们的欢迎。在水利工程测量中得到广泛应用。

　　GPS 其中文全称为全球卫星定位系统( Global Po-sitioning System) ，它是无线式导航系统，其系统基础为已经发射的地球卫星。我国测量采用的是美国发射的24 颗导航卫星。通过测量地面三维坐标来实现导航或者定位。

　　GPS 测量技术具有很多优点，在水利工程测量中得到了越来越多的应用。GPS 技术在水利工程中的初级应用是: 用 GPS 静态或者快速静态方法建立沿线总体控制测量; 同时，在水利工程施工阶段为闸门、渠道、堤坝建立施工控制。而更高一级的应用是在水利工程测量中采用 RTK 技术，即所谓的实时动态定位技术。GPS 测量技术在水利工程测量中应用前景广阔。

　　2 GPS工作原理、组成及其特点

　　2. 1 GPS 技术的工作原理

　　GPS 系统是卫星导航定位系统，采用的方法为距离交会法，该方法的原理是: 将 GPS 接收机设置在要求的某一位置 N 点，GPS 卫星发出的导航电文中，在某时刻接受三颗( a，b，c) 或者三颗以上的 GPS 卫星发出的导航电文。接下来，通过各种复杂的数学计算和数据处理方式，将计算出这一时刻时，GPS 接收机到达 GPS 卫星的距离为: SaN，SbN，Sa1。在求得两者之间的距离的同时，通过接收卫星星历可以获得这一时刻这些卫星在空间的位置，也就是三维坐标。在使用的坐标系统中，GPS 测量通常采用其中的两种: 第一种是地固坐标系统，第二种是空间固定坐标系统。同时根据需要可以进行坐标系的转换，通过转换可以有效表达控制点位置，使观测效果更直观.

　　2. 2 GPS 组成

　　空间卫星群和地面监控系统是 GPS 系统的两大组成部分，此外，用户还应该具有卫星接收设备。

　　( 1) 空间卫星群。空间卫星群是由均匀分布在 6个轨道面上，之间夹角为 60°的 24 颗大约高为 20 万 km的 GPS 卫星群组成。其轨道和地球赤道的倾角约为55°，通过这样的分布群可以保证接收 4 ～ 11 颗 GPS 卫星发送出的信号。

　　( 2) 地面控制系统。其组成为主控站 1 个、监测站5 个、注入站 2 个。这三个部分都有其不同的作用，主控站用来计算卫星的星历以及卫星钟的修改参数等，其依据是各个监测站的观测数据。注入站计算出来的修改参数送入注入站，注入站起到接收的作用。监控站是用来接收卫星信号的。三者之间相互联系、相互补充。

　　( 3) 卫星接收设备。主要由接收机、数据处理软件、气象仪等组成，其作用是接收信号，并利用信号进行导航定位。

　　3 GPS 在水利工程测量中的应用特点

　　水利工程是国家的经济命脉,提高其工作效率、保障其安全运营是头等大事。但是水利工程规模大、施工难度大、运营管理困难，GPS 技术不仅可以为水利工程的兴建提供及时准确的测量数据和信息，而且也为运营中的水利建筑物的适时安全监测提供了可能性，全球定位技术在水利工程的建设和管理中得到广泛的应用。

　　(1) 平面控制测量。淘汰了常规的导线测量的控制方式，根据工程的实际需要，进行 GPS 静态定位、快速静态定位和实时动态定位技术(简称 RTK)控制网测量和部分碎部测量。其基本优点首先是高精度，应用实践证明，GPS 相对定位精度在 50 km 以内可达 10～6 ppm。在 300～1 500 m 工程精密定位中，1 h 以上观测的解其平面位置误差小于 1 mm;其次观测时间短，20 km 以内相对静态定位，仅需 15～20min，应用 RTK 测量时，当每个流动站与基准站相距在 15km 以内时，流动站观测时间每站观测仅需几秒钟。

　　(2) 放样测量。在水利工程测量过程中，采取 RTK 点放样和线路放样，进行点放样时，首先将放样点坐标和静态网中的坐标转换参数一起上传到 GPS 流动站中，然后根据所放点标识进行实地放样，放样精度可以控制在 5 cm 以内;进行线路放样时首先在室内根据线路中心线的弯道元素编制线路中心线文件，将该文件和坐标转换参数上传到 CPS流动站接收机，在实地依桩号和所放点与中心线的关系进行现场放样。

　　(3) 航空摄影测量外业像控。在水利工程中，测区通常都是条带狭长型，线路一般较长，而且测区树林茂密，通视条件差，而像控点布设一般较为分散，像控点间距离较远，采用传统的控制测量模式不仅耗时费力，而且也很难保证成果精度质量和工期的进度，而采用 GPS 就很容易解决以上问题，在较短的时间内即可完成外业像控点的采集工作。

　　(4) 高程测量。GPS 测量资料与水准测量资料相结合，来确定区域性大地水准面的高程是一种有效的方法。这种方法要求 GPS 观测点具有水准测量资料且密度适当，分布比较均匀。利用高精度 GPS 定位技术精密确定观测点的大地高程差，并根据建立的适当大地水准面数学模型，内插出计算点的高程异常或异常差，从而得出特定点的正常高。

　　经过实践证明，采用静态定位方法测出的大地高差误差 Δh/D 可达到 3～4 ppm，当距离小于 20 km 时，可达到厘米级精度;

　　引入高级水准点，进行高程转换后。在平原和丘陵地中误差可达到±5 cm，山区也可以达到±15 cm，可以完全代替四等水准。

　　4 结语

　　综上所述，GPS 测量技术优点明显，应用广泛。通过 GPS 测量技术在水利工程测量中的应用，充分掌握了 GPS 测量技术的应用过程和方法，为以后 GPS 的更广泛应用奠定了基础。在利用 GPS 技术进行水利工程测量的时候，要特别注意测量结果的精确度和实用性，这是采用 GPS 技术测量的关键。

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文章名称： 水利工程中GPS的应用分析

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