浅析GPS技术在水利工程测量中的运用

□张卫东（河南省封丘县水利局）

随着科学技术的不断发展，发明与研究了很多水利工程测量设备。特别是计算机技术的飞速发展，实现测量数据的采集并进行自动化处理，促使高精度控制测量自动化系统的问世。全球定位系统GPS是在空间定位技术发展的前提下诞生的，具有高精度、全天候、多功能、操作简便、不受通视条件限制等优点,进一步促进了全球定位系统在水利工程测量中的应用及其发展。

1.GPS定义

GPS全球定位系统，是由美国国防部开发的星基无线导航定位系统，用户可以利用该系统在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航、定位和测速。GPS可以每天24h为全球陆、海、空用户全天候提供三维位置、速度和时间信息。与其他无线电导航系统相比，GPS全球定位系统精度更高一些，目前GPS卫星定位技术已广泛应用于测绘、导航等领域，在测绘领域，主要应用于空间大地控制网的布设、工程测量、地形图测绘、航空摄影辅助测量等。

GPS的概念是基于卫星测距。用户通过测量他们到卫星的距离来计算自己的位置。卫星的位置为已知值，每个GPS卫星发送位置和时间信号，用户接收机测量信号到达接收机的时间延迟，相当于测量用户到卫星的距离，同时测量4颗卫星可以解出位置、速度和时间。

2.GPS组成

GPS由3部分组成：空间部分、控制部分和用户部分。

2.1 空间部分

GPS的空间部分由分布在6个轨道面上的24颗卫星组成，用来发射卫星信号。卫星轨道高度2.02万km，倾角55°，周期12h。为了使卫星能够连续向用户提供位置和时间信息，那么卫星的轨道如何分布必须保证在世界各地任何时间可见到至少6颗卫星。

2.2 控制部分

控制部分组件是由1个主控站、5个监测站、3个注入站这几个部分组成。控制部分是由分布在全球的若干个跟踪站组成的监测系统，跟踪视野内所有GPS卫星，收集卫星测距信息，并把收集的信息送到主站。主站计算卫星精密轨道，并产生每颗卫星的导航信息，通过注入站传送到卫星。

2.3 用户部分

用户部分由GPS接收机、数据处理软件、天线及相应的用户设备等组成。通过接收卫星广播信息计算出用户的位置速度和时间。一般用户购买使用的只是用户部分。

3.GPS技术的测量原理

GPS技术的测量基本原理是利用距离交会技术，测量出已知位置的卫星到GPS接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据，通过一系列方程演算，由地面点的点位坐标就可知道接收机的具体位置。在测绘中主要利用GPS的定位功能确定点的三维位置。

4.GPS技术的测量方法

GPS作为一种定位手段，可应用它的静态和动态定位方法，直接获取各类大地模型信息，解决传感器位置和姿态的快速定位问题，这样也就解决了遥感信息的定位问题。

4.1 动态测量

动态测量：首先，采用静态测量得到两个较近已知点的坐标和大地高，一台GPS机架设1个已知点(基准点)；另一台设于另1个已知点，同时作为流动点第一点、流动点。各点观测三维坐标精度±10cm，流动站与基准站之间距离一般<10km。GPS机移动过程中要求不关机，卫星数≥5颗。为了避免动态测量但要注意的是动态测量在测量过程中不能形成闭合图形，可靠性较差。动态测量主要用于断面基点平面坐标、地质钻孔三维坐标及细部三角点坐标等的测量。

动态测量优点是工作效率较高。其缺点是对卫星信号要求较高，测量精度底，观测中≥5颗卫星，PDOP值≤4。

4.2 静态测量

GPS静态测量法就是根据制定的观测方案，将几台GPS接收机安置在构成同步环的待定点 (未知点)上同时接收卫星信号，直至将所有环路观测完毕。静态测量一般用三角点、导线等级控制网进行测量，一般观测时间为30～60rain，精度为±5rrea±lppm。为了便于低等级的控制测量以常规方法完成，控制网布设时要有部分GPS点互相通视。为保证GPS控制网的可靠性，控制网布置一定要成环形。计算——闭合环精度，进行粗差探测等。

用GPS在水利工程进行测量时，如果是测量渠道、堤防等线路工程导线时，那么边长一般为0.5～2km。水利工程多半是在外业进行观测，因此为保护GPS接收机，进行观测时一定要注意避免强烈的阳光直射。

5.GPS技术在水利工程测量中存在的不足

5.1 GPS技术在测量中存在着误差

随着科学技术的发展，测量技术也在不断的提高，GPS的出现提高了测量精度，现阶段，在水利工程测量过程中还是存在着一些误差。比如：在高山峡谷、地下、建筑物密集地区和密林深处,由于卫星信号被遮挡及多路径效应的影响,其监测精度和可靠性不高或无法进行监测，还有一些操作人员一时的疏忽，或观测的角度不对等原因也会导致GPS技术在水利工程测量中存在着一些误差。

5.2 操作人员不熟练操作与使用

由于GPS是一种高新技术，在水利工程测量中刚开始运用，存在误差或效率低下，其原因是操作人员还未具备完善的操作技能，及相关知识的匮乏。

5.3 应用力度还有待提高

水利工程测量中采用的电子全站仪和电子水准仪等先进的设备，在技术要求上已经很成熟，基本能满足测量的需要。而GPS的应用才开始不久，需要时间和实践，它的运用空间很大，有待进一步提高。

6.提高GPS技术的措施

6.1 端正态度，减少人为因素误差

水利工程测量在水利工程中占有很重要的地位，测量的精确度直接关系着工程的安全性，误差太多，会造成不可预料的损失。因此，从事水利测量工作的技术人员一定要有强烈的责任心，端正的工作态度，减少人为因素造成的误差或失误，提高测量的精度，保证工程的顺利完工。

6.2 要加强培训，提高技术人员素质

第一，对GPS技术的工作原理、机器构造、具体操作进行详细讲解，使技术人员对GPS技术熟练操作。第二，加强技术人员心理素质培训，提高GPS技术在水利工程测量中的质量。第三，详细讲解在操作过程中出现的一些问题及处理方案，增强技术人员在实际操作过程中能够自如应对，减少失误率和差错率。

6.3 加强宣传，提高GPS技术在水利工程测量的运用空间

GPS技术是一种精度比较高的测量技术，采用的是全球定位系统，提高了测量的精确度和效率。因此，应大大提高GPS技术在水利工程测量中的运用空间，提高其知名度扩大其在水利工程测量上的运用。

7.结论

GPS技术应用于水利工程测量是水利工程测量史上一项重大技术革命,其应用及开发的前景十分广阔，必将对水利质量起到巨大的推动作用。

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