GPS在水利工程測量的應用探討

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摘要：針對gps的主要結構及其基本原理進行了分析，初步探討了水利測量中GPS的應用及GPS的明顯優勢，深入研究了水利測量應用中GPS的常見問題，展望了水利測量應用中GPS的發展趨勢，對于提高GPS在水利工程中的應用水平具有十分重要的促進作用。

關鍵詞：水利測量；GPS；測量精度

1概述

全球定位系統的英文縮寫為GPS，主要是利用基于已發射地球衛星的無線式導航系統，每時每刻衛星將三維導航定位信息向地球發射，進而對地心坐標系中地面上某點的三維坐標進行測量，以實現導航或定位功能。轉為民用后衛星定位系統技術已在各領域中的應用十分廣泛，水利工程測量中相對于傳統測量技術而言，其優勢主要體現在效率較高、成本低廉、精度較高、工作無需較大強度等方面，具有比較廣闊的應用前景，但GPS目前應用水利測量中也存在一些亟待解決的問題。

2GPS及其基本原理

2.1GPS的主要構成。GPS主要由空間衛星群、用戶信號接收設備及地面監控系統等三部分所構成。2.2GPS的基本工作原理。GPS共有24顆衛星組成空間衛星群，并在6個軌道平面內平均分布，各軌道平面之間有60度的夾角，衛星軌道以11小時58分為一運行周期，在任何地點和時間，地表都可有效保障對發出的4-11顆GPS衛星信號進行接收。地面GPS控制系統監控衛星工作狀態對衛星參數進行改正，將指令發向衛星，以確保衛星運行的正常。GPS信號接收機將信號接收后，用戶應用數據處理軟件進行處理，以實現導航定位及其它功能。

3水利測量中GPS的應用

在平面控制測量中，類似于傳統水利工程測量，GPS也能完成平面控制測量工作。傳統水利測量主要采用導線測量方式，而GPS技術在平面控制測量中可采用靜態和動態兩種定位方式。利用內置軟件處理信號，可在較短時間內獲得測點坐標的準確位置，進而完成平面控制測量工作。在高程測量工作中，傳統測量針對區域性高程測量主要采用水準測量方式，而GPS測量可利用內置軟件處理信號獲得。在變形測量工作中，相對于傳統測量方式而言，GPS技術能夠實時測量，并在測量工程中對復雜參考網無需設置，所以可采用GPS技術完成觀測大型水工建筑物是否發生變形。尤其是觀測點在變形體上與變形區外穩定基準點之間的距離較遠，或傳統觀測儀器在變形體上不便設置觀測點時，采用GPS技術可方便觀測產生的變形，甚至實現變形觀測基準點的穩定性進行校核。

4水利測量中GPS的應用優勢

一是具有較高的測量效率。一般情況下，應用GPS測量時對測點的三維定位只需要幾秒鐘就能獲得，即便是不具有穩定的衛星信號時，測點測量任務也能在數分鐘內完成。諸如根據每日對1.5個河道斷面進行測量計算，至少能夠提高測量工作效率不低于70%。二是具有較高的測量精度。GPS技術在不受任何天氣影響時，可為用戶提供的三維定位具有較高精度。通過驗證測量結果可發現，對大地高程采用GPS靜態定位技術測量只有3-4ppm的誤差，如果測量距離不超過20千米，能夠達到厘米級的精確度。采用GPS技術測量可有效避免傳統測量中存在的誤差累積問題，所以，GPS可達到的測量精度較高。三是不需要相互通視。在測站之間的相互通視是傳統測量中存在的最大難題，而GPS具有無需相互通視的優勢使測量中的難題得到有效解決。測點地區只要具有開闊的地勢，就不能干擾衛星信號，也將提高測點布置的靈活性。四是只有較小的工作強度。采用傳統測量設備測量過程中，外界因素隨其具有較大的影響，尤其是地物、地形及地貌等因素，在一定程度上將使測量人員增大勞動強度。而地形、氣候等因素對GPS技術沒有任何限制作用，尤其是不需要相互視通等明顯優勢，可在短時間內實現測量面積較大及不規則的復雜區域等，進而使水利測量實際需要得到滿足，測量人員明顯降低勞動強度。五是無需較高的成本。GPS技術可對三維坐標精確定位，并采用數字化、可視化形式對測量資料進行編輯操作。利用一次測量得到的資料信息可實現對水利工程規劃、防洪決策、建設及管理等有關工作實際需求的滿足。另外，而且GPS技術具有較高的測量效率、較高精度、較小勞動強度等明顯優勢，使測量成本明顯降低。

5水利測量中應用GPS的常見問題

在水利測量工作中，雖然GPS的優點十分明顯并在應用中比較廣泛，但也還存在很多問題，以下對常見的一些問題進行分析：一是在測量工作中GPS還存在一定程度的誤差。隨著日益發展的社會經濟水平，對工程質量也逐漸提高了要求，在水利測量工作中不斷提高了精度要求。雖然在一般情況下GPS技術可提供的精度較高，但在特殊情況下，若障礙物對衛星信號造成一定程度的影響時，將導致誤差的發生。尤其是在應用于水利測量工作中，很多原因都造成實際誤差高于理論分析誤差的程度。二是在水利測量中GPS應用只有較小的力度。隨著電子水準儀和電子全站儀等一些測量設備的不斷發展，在水利測量工作中可使基本測量要求得到滿足。而因GPS測量設備具有較高的價格，對測量人員也具有較高的技術要求，對于水利測量工作中GPS的廣泛應用造成一定程度的影響。三是有關測量人員不具有較高的技能水平。相對于傳統測量技術而言，在測量中GPS技術只有較短暫的應用時間，很多測量技術人員對其操作技能還無法完全掌握。所以，造成GPS的各種優勢不能充分發揮出來，在一定程度上降低了測量效率，甚至在測量工作中發生一些錯誤，對于順利實施工程建設造成不利影響。另外，因缺乏相關專業知識，在測量工作中發生很多小問題，有關人員對小問題的處理缺乏及時性，對于水利工程測量工作中GPS的廣泛應用也造成不利影響。

6GPS的發展趨勢

6.1工作態度嚴謹，偶然誤差盡可能減少。各種測量技術在應用過程中都難免存在一些偶然誤差，但可采取一定措施盡可能減小偶然誤差。為獲得質量較高的測量數據，一定要在工作中采取嚴謹的態度，使工作責任心不斷提高，將偶然誤差盡可能減少，從而使測量準確性不斷提高。6.2在水利測量中加大GPS的應用推廣力度。雖然在水利測量工作中GPS具有效率高、精度高、成本低、無需相互視通等明顯優勢，在水利測量工作中今后應進一步加強對GPS的宣傳力度，使GPS在水利測量中不斷擴大應用范圍。6.3對測量技術人員加強培訓，使其測量技能進一步提高。只有將GPS測量的基本操作技能深入掌握，才能開展水利測量工作中充分利用GPS的優勢，要求有關技術人員應加強個人在相關專業知識方面的學習，進而提高相關業務素質。一是提高操作速度，在上崗前要求操作人員應加強練習，直至符合工作崗位的實際要求方可上崗工作。二是操作應認真準確，盡可能減少各種失誤。基于操作速度，提高對操作員操作質量的重視程度，避免由于人為原因造成測量工作中出現錯誤，進而使工程產生更嚴重的失誤。三是擴大知識面，在發生一些小問題時，應總結分析積累經驗，避免對技術人員的依賴性，從而造成測量速度降低的情況。

綜上所述，通過對水利測量應用中GPS常見問題的分析，并展望了水利測量應用中GPS的發展趨勢，對于提高GPS在水利工程中的應用水平具有十分重要的促進作用。

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作者:宋立明 單位:五常市水政水資源辦公室