摘要：本文根據(jù)作者多年的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)GPS在水利工程中測(cè)量的發(fā)展，工作原理組成，特點(diǎn)及應(yīng)用進(jìn)行分析。

　　關(guān)鍵詞：水利工程，特點(diǎn)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(hào)： TV 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)的西部大開發(fā)的實(shí)施，我國的水利工程建設(shè)迎來前所未有的發(fā)展機(jī)遇，這就對(duì)勘測(cè)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。但常規(guī)測(cè)量方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制，作業(yè)強(qiáng)度大，且效率低，大大延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期

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

　　目前，水利工程測(cè)量在工程建設(shè)中的作用越來越重要，尋求好的測(cè)量方法和測(cè)量技術(shù)成為專業(yè)人員重點(diǎn)關(guān)注的事情。隨著社會(huì)的發(fā)展，各種測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備不斷推陳出新，GPS 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。GPS 技術(shù)在水利工程測(cè)量中，以其高效率、低成本、高精度、不需要通視等特點(diǎn)受到人們的歡迎。在水利工程測(cè)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(dǎo)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(cè)量采用的是美國發(fā)射的24 顆導(dǎo)航衛(wèi)星。通過測(cè)量地面三維坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航或者定位。

　　GPS 測(cè)量技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，在水利工程測(cè)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(jí)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(cè)量; 同時(shí)，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(jí)的應(yīng)用是在水利工程測(cè)量中采用 RTK 技術(shù)，即所謂的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。GPS 測(cè)量技術(shù)在水利工程測(cè)量中應(yīng)用前景廣闊。

　　2 GPS工作原理、組成及其特點(diǎn)

　　2. 1 GPS 技術(shù)的工作原理

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

　　( 2) 地面控制系統(tǒng)。其組成為主控站 1 個(gè)、監(jiān)測(cè)站5 個(gè)、注入站 2 個(gè)。這三個(gè)部分都有其不同的作用，主控站用來計(jì)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(gè)監(jiān)測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)。注入站計(jì)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(hào)的。三者之間相互聯(lián)系、相互補(bǔ)充。

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

　　3 GPS 在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用特點(diǎn)

　　水利工程是國家的經(jīng)濟(jì)命脈,提高其工作效率、保障其安全運(yùn)營是頭等大事。但是水利工程規(guī)模大、施工難度大、運(yùn)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(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)和信息，而且也為運(yùn)營中的水利建筑物的適時(shí)安全監(jiān)測(cè)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(cè)量。淘汰了常規(guī)的導(dǎo)線測(cè)量的控制方式，根據(jù)工程的實(shí)際需要，進(jìn)行 GPS 靜態(tài)定位、快速靜態(tài)定位和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)(簡(jiǎn)稱 RTK)控制網(wǎng)測(cè)量和部分碎部測(cè)量。其基本優(yōu)點(diǎn)首先是高精度，應(yīng)用實(shí)踐證明，GPS 相對(duì)定位精度在 50 km 以內(nèi)可達(dá) 10～6 ppm。在 300～1 500 m 工程精密定位中，1 h 以上觀測(cè)的解其平面位置誤差小于 1 mm;其次觀測(cè)時(shí)間短，20 km 以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需 15～20min，應(yīng)用 RTK 測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在 15km 以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間每站觀測(cè)僅需幾秒鐘。

　　(2) 放樣測(cè)量。在水利工程測(cè)量過程中，采取 RTK 點(diǎn)放樣和線路放樣，進(jìn)行點(diǎn)放樣時(shí)，首先將放樣點(diǎn)坐標(biāo)和靜態(tài)網(wǎng)中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)一起上傳到 GPS 流動(dòng)站中，然后根據(jù)所放點(diǎn)標(biāo)識(shí)進(jìn)行實(shí)地放樣，放樣精度可以控制在 5 cm 以內(nèi);進(jìn)行線路放樣時(shí)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(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)上傳到 CPS流動(dòng)站接收機(jī)，在實(shí)地依樁號(hào)和所放點(diǎn)與中心線的關(guān)系進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放樣。

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

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

　　經(jīng)過實(shí)踐證明，采用靜態(tài)定位方法測(cè)出的大地高差誤差 Δh/D 可達(dá)到 3～4 ppm，當(dāng)距離小于 20 km 時(shí)，可達(dá)到厘米級(jí)精度;

　　引入高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)，進(jìn)行高程轉(zhuǎn)換后。在平原和丘陵地中誤差可達(dá)到±5 cm，山區(qū)也可以達(dá)到±15 cm，可以完全代替四等水準(zhǔn)。

　　4 結(jié)語

　　綜上所述，GPS 測(cè)量技術(shù)優(yōu)點(diǎn)明顯，應(yīng)用廣泛。通過 GPS 測(cè)量技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用，充分掌握了 GPS 測(cè)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(jìn)行水利工程測(cè)量的時(shí)候，要特別注意測(cè)量結(jié)果的精確度和實(shí)用性，這是采用 GPS 技術(shù)測(cè)量的關(guān)鍵。