淺析GPS技術在水利工程測量中的運用

□張衛東（河南省封丘縣水利局）

隨著科學技術的不斷發展，發明與研究了很多水利工程測量設備。特別是計算機技術的飛速發展，實現測量數據的采集并進行自動化處理，促使高精度控制測量自動化系統的問世。全球定位系統GPS是在空間定位技術發展的前提下誕生的，具有高精度、全天候、多功能、操作簡便、不受通視條件限制等優點,進一步促進了全球定位系統在水利工程測量中的應用及其發展。

1.GPS定義

GPS全球定位系統，是由美國國防部開發的星基無線導航定位系統，用戶可以利用該系統在全球范圍內實現全天候、連續、實時的三維導航、定位和測速。GPS可以每天24h為全球陸、海、空用戶全天候提供三維位置、速度和時間信息。與其他無線電導航系統相比，GPS全球定位系統精度更高一些，目前GPS衛星定位技術已廣泛應用于測繪、導航等領域，在測繪領域，主要應用于空間大地控制網的布設、工程測量、地形圖測繪、航空攝影輔助測量等。

GPS的概念是基于衛星測距。用戶通過測量他們到衛星的距離來計算自己的位置。衛星的位置為已知值，每個GPS衛星發送位置和時間信號，用戶接收機測量信號到達接收機的時間延遲，相當于測量用戶到衛星的距離，同時測量4顆衛星可以解出位置、速度和時間。

2.GPS組成

GPS由3部分組成：空間部分、控制部分和用戶部分。

2.1 空間部分

GPS的空間部分由分布在6個軌道面上的24顆衛星組成，用來發射衛星信號。衛星軌道高度2.02萬km，傾角55°，周期12h。為了使衛星能夠連續向用戶提供位置和時間信息，那么衛星的軌道如何分布必須保證在世界各地任何時間可見到至少6顆衛星。

2.2 控制部分

控制部分組件是由1個主控站、5個監測站、3個注入站這幾個部分組成。控制部分是由分布在全球的若干個跟蹤站組成的監測系統，跟蹤視野內所有GPS衛星，收集衛星測距信息，并把收集的信息送到主站。主站計算衛星精密軌道，并產生每顆衛星的導航信息，通過注入站傳送到衛星。

2.3 用戶部分

用戶部分由GPS接收機、數據處理軟件、天線及相應的用戶設備等組成。通過接收衛星廣播信息計算出用戶的位置速度和時間。一般用戶購買使用的只是用戶部分。

3.GPS技術的測量原理

GPS技術的測量基本原理是利用距離交會技術，測量出已知位置的衛星到GPS接收機之間的距離，然后綜合多顆衛星的數據，通過一系列方程演算，由地面點的點位坐標就可知道接收機的具體位置。在測繪中主要利用GPS的定位功能確定點的三維位置。

4.GPS技術的測量方法

GPS作為一種定位手段，可應用它的靜態和動態定位方法，直接獲取各類大地模型信息，解決傳感器位置和姿態的快速定位問題，這樣也就解決了遙感信息的定位問題。

4.1 動態測量

動態測量：首先，采用靜態測量得到兩個較近已知點的坐標和大地高，一臺GPS機架設1個已知點(基準點)；另一臺設于另1個已知點，同時作為流動點第一點、流動點。各點觀測三維坐標精度±10cm，流動站與基準站之間距離一般<10km。GPS機移動過程中要求不關機，衛星數≥5顆。為了避免動態測量但要注意的是動態測量在測量過程中不能形成閉合圖形，可靠性較差。動態測量主要用于斷面基點平面坐標、地質鉆孔三維坐標及細部三角點坐標等的測量。

動態測量優點是工作效率較高。其缺點是對衛星信號要求較高，測量精度底，觀測中≥5顆衛星，PDOP值≤4。

4.2 靜態測量

GPS靜態測量法就是根據制定的觀測方案，將幾臺GPS接收機安置在構成同步環的待定點 (未知點)上同時接收衛星信號，直至將所有環路觀測完畢。靜態測量一般用三角點、導線等級控制網進行測量，一般觀測時間為30～60rain，精度為±5rrea±lppm。為了便于低等級的控制測量以常規方法完成，控制網布設時要有部分GPS點互相通視。為保證GPS控制網的可靠性，控制網布置一定要成環形。計算——閉合環精度，進行粗差探測等。

用GPS在水利工程進行測量時，如果是測量渠道、堤防等線路工程導線時，那么邊長一般為0.5～2km。水利工程多半是在外業進行觀測，因此為保護GPS接收機，進行觀測時一定要注意避免強烈的陽光直射。

5.GPS技術在水利工程測量中存在的不足

5.1 GPS技術在測量中存在著誤差

隨著科學技術的發展，測量技術也在不斷的提高，GPS的出現提高了測量精度，現階段，在水利工程測量過程中還是存在著一些誤差。比如：在高山峽谷、地下、建筑物密集地區和密林深處,由于衛星信號被遮擋及多路徑效應的影響,其監測精度和可靠性不高或無法進行監測，還有一些操作人員一時的疏忽，或觀測的角度不對等原因也會導致GPS技術在水利工程測量中存在著一些誤差。

5.2 操作人員不熟練操作與使用

由于GPS是一種高新技術，在水利工程測量中剛開始運用，存在誤差或效率低下，其原因是操作人員還未具備完善的操作技能，及相關知識的匱乏。

5.3 應用力度還有待提高

水利工程測量中采用的電子全站儀和電子水準儀等先進的設備，在技術要求上已經很成熟，基本能滿足測量的需要。而GPS的應用才開始不久，需要時間和實踐，它的運用空間很大，有待進一步提高。

6.提高GPS技術的措施

6.1 端正態度，減少人為因素誤差

水利工程測量在水利工程中占有很重要的地位，測量的精確度直接關系著工程的安全性，誤差太多，會造成不可預料的損失。因此，從事水利測量工作的技術人員一定要有強烈的責任心，端正的工作態度，減少人為因素造成的誤差或失誤，提高測量的精度，保證工程的順利完工。

6.2 要加強培訓，提高技術人員素質

第一，對GPS技術的工作原理、機器構造、具體操作進行詳細講解，使技術人員對GPS技術熟練操作。第二，加強技術人員心理素質培訓，提高GPS技術在水利工程測量中的質量。第三，詳細講解在操作過程中出現的一些問題及處理方案，增強技術人員在實際操作過程中能夠自如應對，減少失誤率和差錯率。

6.3 加強宣傳，提高GPS技術在水利工程測量的運用空間

GPS技術是一種精度比較高的測量技術，采用的是全球定位系統，提高了測量的精確度和效率。因此，應大大提高GPS技術在水利工程測量中的運用空間，提高其知名度擴大其在水利工程測量上的運用。

7.結論

GPS技術應用于水利工程測量是水利工程測量史上一項重大技術革命,其應用及開發的前景十分廣闊，必將對水利質量起到巨大的推動作用。

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