GPS技術在水利工程測量中的應用研究

摘要：GPS 在水利工程測量中的應用，對水利工程測量手段和作業方法產生了革命性的變革，很大程度上地提高了測量準確與測量效率，而采用GPS 技術測量的關鍵在于利用 GPS 技術進行水利工程測量的時候，應當要特別注意測量結果準確度和實用性。本文將從GPS定位系統組成，基本原理，發展現狀以及水利工程中的應用方法等方面對GPS技術進行簡要分析，并提出其在測量實際操作中應注意出現的問題，在今后發展中 GPS 技術將為提高水利工程測量效率帶來更加顯著的效果。

關鍵詞：GPS技術；水利工程測量；應用方法

前言

現代科學技術的飛速發展，也促進了工程測量技術的不斷提升與發展。先進的測量設備和測量技術不僅能給水利工程測量工作帶來很大便利，還能大大提高水利工程的測量效率，避免不必要的資源浪費。GPS技術即全球定位系統是以空間定位技術發展為前提的，具有高精確度、全天候、多功能、不受限制、操作便捷等優點，并且具有良好的抗干擾性及保密性。因此其在水利工程測量工作中應用越來越廣泛。

一、GPS定義

GPS（Global Positioning System）是全球定位系統的簡稱，是以已經發射的地球衛星為基礎的無限式導航系統，用戶可以利用該系統在全球范圍內實現全天候、連續性、實時的三維導航、定位和測速。與其他無限式導航系統相比，GPS全球定位系統精確度更高。目前GPS定位技術已經由軍用轉為民用，廣泛應用于各個領域，尤其在水利工程測量中，該系統能為用戶提供精密而準確的數據，大大提高了測量工作效率，減輕測量勞動強度，因此該系統在水利工程測量的應用前景非常廣闊。

二、GPS技術組成部分

GPS技術由三個部分組成：衛星組成的空間部分、監測控制和天線組成的地面部分、用戶部分。

1.GPS的空間部分由分布在六個軌道上的24顆衛星組成，這些衛星每時每刻都接收并存儲由地面監控站發來的三維導航信息，接收并執行主控站發出的控制命令，向用戶連續發送衛星定位所需信息。

2.GPS的地面控制部分由一個主控站、五個監控站、三個注入站組成，是由分布在全球許多跟蹤站組成的監測系統，跟蹤所有GPS衛星，收集衛星測距信息，并把收集的信息送到主站，主站通過計算衛星精密軌道，并產生每顆衛星的導航信息，經注入站傳送到衛星上去。

3.GPS用戶部分主要由GPS數據接收機、處理軟件和終端裝備組成。接收機能依據衛星截止角的高度對衛星信號進行捕抓，并對收集回來的信息進行互換、處理，通過接收衛星廣播信息計算出用戶位置速度和時間，

三、現階段GPS技術在水利工程測量中常見問題

1.數據傳輸易受干擾和多路徑效應影響

GPS信息數據傳輸易受到障礙物的干擾，例如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源等，在傳輸過程中衰減嚴重，影響到外業精度和作業半徑，使得GPS系統監測結果精度不高，可靠性不高，或者不可檢測等。另一個限制GPS在水利工程中廣泛應用的一個主要因素是多路徑效應，因水利工程大部分面積為水域，對接收衛星信號的多路徑效應非常嚴重，多路徑效應將導致GPS數據誤差，影響測量結果的精確性。

2.精確度與穩定性不高

衛星狀況、天氣狀況、數據傳輸狀況以及各種誤差源等因素的影響，GPS測量的精度和穩定性都不高，特別其穩定性，因此在設置控制時，應當設置一些“多余”控制點。

3.GPS應用力度不高

水利工程測量中采用的電子全站儀和電子水準儀等先進設備，在技術要求上已經相當成熟，基本上能滿足工程測量需求。而GPS應用才剛剛起步，需要更多的時間和更多的實踐。GPS是水利工程測量中一項精度和效率較高的測量技術，其運用空間還很大，因此需進一步擴大和提高其在水利工程測量中的運用空間。

四、GPS技術在水利工程測量中的應用

目前國內多數大型水利工程都應用到了GPS測量技術，GPS在水利工程測量中的應用主要包括以下幾點：

1.GPS 的外業測量

在 GPS 的外業測量中，選點是其重要部分。所選出的點對測量結果的準確性具有非常重要影響，因此當 GPS 外業測量工作進行選點時，一定要做好充足的準備工作，并應當注意幾點：①選點周圍高于15度以上的地方不能有遮擋物，避免信號被遮擋。②選擇地點遠離發電站，防止磁場對信號的影響。③應選擇較為開闊、平坦、交通便利、方便觀察的地理位置。同時注意GPS 的觀測工作，觀測過程中，依據GPS的調度表作用安排，采用靜態定位。在三個部分同時安裝接受機，開機觀察，當各個測量數據都符合要求時，再按照接收機的提示將數據輸入，讓接收機自動進行數據采集，并要求觀察者及時填寫測量手冊。

2.變形觀測和地形觀測

在水利工程中，需要實時監測水利建筑的地基、水庫大壩以及堤壩外圍位移、傾斜和沉降等變形情況。由于被觀測的建筑物外圍尺寸大，環境較為危險，必須要用較高的測量技術，傳統的監測地基沉降方法主要靠水準測量方法，利用三角測量法測量整體傾斜和水平方向移動。而GPS技術運用到變形觀測中，則只需在遠離大壩地方安置GPS接收機并選取幾個基準點，在發生變形的地方也安放GPS定位機，同時選取好觀測點，自動的不間斷的觀測數據將會傳達到數據處理中心，經過嚴密計算后得到變形數據。

3. GPS布網工作

一般來說，水利工程布置控制網和監測網通常采用邊連或網連式，這樣的布網方式可以增強網形的幾何強度，保證控制網與觀測網的可靠性，提高數據精準度。但并不是所有的水利工程都能使用這種布網方法，對線路以及相屬的帶狀工程測量，例如引水、提防工程等，大多所采取的布網方式是由點連式或者邊連式，是指每隔一段距離布置一組GPS點對，然后將其連接成連續的三角鎖同步圖形，不僅利于保證數據的精確性，也利于消除由于水利工程中的各分項工程過于分散導致控制點疏密布置不當的問題，有著顯而易見的優勢。

五、GPS的應用前景

隨著水利工程測量行業內硬件設施和軟件設施的發展及要求的提高，對水利工程測量要求也日益嚴格，部分軟件還將實現測量繪圖數字化統一。今后盡可能減少數據傳送、輸入、轉抄等不必要中間環節，實現測量、設計和施工以及后期管理的一體化，防止出現返工，數據不完整等現象發生，這是水利工程內外一體化的基本要求，也將對水利工程測量工作起著非常關鍵作用。雖然目前我國水利工程常規測量方法，采用了電子水準儀、電子全站儀等先進設備，但受環境因素制約，作業難度較大，效率相對較低。而通過GPS靜態定位方法對工程總體控制網測量，能夠依據測量數據繪制出帶狀地形圖、路線平面、縱面測量等，非常便捷。能在水利工程施工階段為閘門、渠道、堤壩建立施工控制網，這僅僅是GPS在水利工程測量中應用的開始階段。另外，GPS技術還可以應用到土木工程施工領域，包括基礎理論研究、實踐方法的探索、信號接收手段的更新、信號處理方法和軟件的開發等的發展.在高層建筑施工的放樣與定位、大壩建設與監測、道路和橋涵的定位于控制等領域也將被更為廣泛的推廣與應用，并且在不斷的應用中更加不斷完善。

六、結束語

總而言之，將GPS技術運用到水利工程測量中，是水利工程測量工作的一個重大革命性突破，GPS高精度、全天候、無通視的優勢很大程度上提高了水利工程測量的精確性，而便捷操作方式也大大節省了許多人力物力，提高測量效率。通過在水利工程測量中的應用，充分了解與掌握GPS技術的應用過程與方法，也為今后GPS的更廣闊應用奠定基礎。

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