GPS技術在水利測量工程中的應用及精度分析

于海明

（威海市文登區水利局 264400）

GPS技術在水利測量工程中的應用及精度分析

于海明

（威海市文登區水利局 264400）

GPS具有高精度、全天候、操作簡便等特點，能有效提高水利測量工程的精度和效率。本文對GPS在水利測量工程中應用進行分析，分析了GPS用于水利工程外業測量、控制網的建立、高程系統測量、變形監測方面的優勢，以及水利工程測量的作業環境影響、作業范圍影響對GPS精度的影響，并提出了提高精度的方法。

GPS；水利測量；精度

引言

隨著我國水利工程項目的不斷建設，對于水利測量工程如何能夠在短時間內準確高效的完成測量任務，是工程測量面臨的重要問題。其中，GPS技術能夠在有效保證工程測量精度，同時又提高工程測量的效率[1]。

1 GPS原理簡介

GPS為全球定位系統的簡稱，由衛星系統、地面控制系統及用戶三部分組成，GPS通過衛星系統不斷地發送導航定位信號，信號中含有衛星的位置信號；GPS的地面控制系統根據衛星定位信號，計算衛星的參數等；用戶設備通過對數據進行采集，根據相應的參數，通過捕獲到按一定衛星高度截比角所選擇的待測衛星的信號，應用無線電測距交會的原理，再通過計算機和相應軟件的計算，得出GPS接收機設備（測站點）的三維坐標[2～3]。

GPS具有高精度、全天候、操作簡便等特點，將GPS運用于水利工程測量中擁有明顯的優勢，具有以下積極作用：①提高工程測量定位精準度。目前，在50km定位當中，GPS定位可以精確到10mm，在100～500km定位當中，GPS定位可精確至100mm，在地形復雜的區域，GPS還可以測量出較為準確的結果；②縮短工程測量操作時間。GPS運用于水利工程測量，測量速度快，每次得出數據的時間僅為幾秒鐘；③提高測量站點的效率。在傳統的測量技術中，往往由于測量站點之間距離較大，測量起來不方便。

2 GPS技術在水利測量工程中的應用

2.1 水利工程外業測量

在水利工程測量當中，水利工程的測量需要將測繪方面的高級控制點和相關的基礎資料通過外業大地測量獲得，再將數據與GPS技術的測量數據統一起來，因此，外業測量工程中是比較重要的，也是比較困難的。但應用GPS技術后，可首先完成誰確選點工作，確定導航基站的具體位置。選點工作中，最重要的是無線的安置，在無線安置過程中，首先通過應用GPS進行正常點安置，將天線安置于固定平臺上，保證天線基座氣泡平整。

2.2 控制網的建設

通過GPS建設控制網，可以有效的減少誤差，保證測量的圖形和施工具有較高的精度。在控制網建設中，基本的圖形主要包括邊連式布網和點連式布網兩種，邊連式布網可以進行導航基站設立，將測控點確定在三角形核心位置；點連式布網，可對于河道附近等復雜地形進行基站設立，最終形成測控系統。其中，三角形網的分布比較均勻，有著良好的結構條件，且穩定性較高有很強的自檢能力，在遇到很多測量缺陷或者測量錯誤時能夠及時發現并加以改正，從而使控制網具有更高的可靠性和可行性。

2.3 高程系統測量

在水利工程高程測量當中，高程系統測量屬于水利測量工程的重點，高程控制對于水利工程水位線的測量擁有決定性作用，同時還對工程量的計算有著控制作用。應用GPS系統可以解決高程數據精確性問題，就算在高山河谷等地形環境惡劣的地區，也可以應用GPS系統也可以及時掌握水準測量信息，通過水準數學模型的有效建立得出高程異常具體差距。

2.4 水利工程的變形監測

變形監測就是利用專用的儀器和方法對變形體的變形現象進行持續觀測、對變形體變形形態進行分析和變形體變形的發展態勢進行預測等的各項工作。對水利工程建筑物主要觀測水平位移、垂直位移、滲透及裂縫觀測。一般情況下，對于變形監測的精度有很高的要求，且精度要在毫米以內。在測量方法中比較常用的是水準測量法，用來測量建筑物沉降情況，測量工具是水準儀和測距儀以及全站儀，但這種方法有很好的適應性，但工作量較多，測量時間長，受地形條件影響較大。利用GPS進行變形監測，可將接收機安裝到固定點上，然后進行數據采集和處理，然后在進行變形分析自動化，其得出的效果非常好，有很高的精度。

3 影響GPS在水利工程測量精度的分析及對策

3.1 作業環境影響

作業環境的影響。GPS通過接收衛星發射的無線電信號，如果衛星與GPS接收機之間存在障礙物，會影響信號的傳輸，降低測量精度。例如在室內、隧道內、水下都會因信號的完全屏蔽無法進行GPS測量。而對于林區或者建筑物等障礙物，傳輸信號雖被減弱，但仍可以進行GPS測量，從實際應用的檢測結果得出，在無林區測量10km距離時誤差為1cm，在林區（樹間距為1m左右）測量時誤差可達到5cm。由此可見，作業環境對于GPS的精度影響較大。

為了提高GPS技術的測量準確度，可通過減少信號損失，或提高信號的強度來實現。對此，可以通過以下幾種方法來進行：①在條件允許情況下，減少GPS接收機10°截比高度角以上空間的障礙物，這樣可以提高接收機的接收范圍；②增加GPS接收機的高度，提高有效衛星的個數，如果有效衛星能夠達到5顆以上，樹間距為lm的林區障礙物將不會對測量結果產生影響；③距離強電磁環境（如雷達、電話等）大于200m，在總輻射功率小于60dbm情況下，GPS系統不會受外界電磁場的干擾，可保證測量精度。

3.2 作業范圍的影響

GPS的測量精度與其測量的有效距離關系較為密切。測量有效距離的影響，根據相關數據計算可知，測量精度隨著超出測量有效距離的增加而降低。對于在衛星超過5顆、天氣晴朗、電磁條件好的條件下，測量距離每增加1km，其精度下降約為5cm。當測量范圍超出5km時，測量精度下降變化無規律，當測量精度下降達30cm，則GPS的測量數據沒有了應用價值。在使用GPS過程中中盡可能的保證在有效范圍內進行測量。

4 結語

GPS技術應用于水利測量工程，能夠極大的提高測量數據的準確性和效率，對于我國水利工程的建設發展具有重要意義。本文通過對GPS在水利測量工程中應用的分析，通過水利工程外業測量、控制網的建立、高程系統測量、變形監測等分析GPS測量的優勢。通過分析GPS測量受到作業環境影響、作業范圍影響，并提出了提高精度的方法，為GPS技術應用及精度提高提供了理論基礎。

[1]信 昕.GPS技術在水利工程測量中的運用[J].技術與市場，2015，22（3）：73.

[2]金瑩，蔣桂美，張莉莉.探析全球定位系統的發展應用[J].建筑工程技術與設計，2015（15）.

[3]劉天雄.GPS全球定位系統由幾部分組成?[J].衛星與網絡，2012（4）：56～62.

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1004-7344（2016）17-0101-01

2016-5-19