簡述水電工程中GPS技術的運用及發展

摘 要：隨著科學技術的飛速發展，傳統的水電工程測量技術已經無法滿足工程施工的需要，而GPS技術的出現和在水電工程中的積極作用，讓我們看到了突破傳統工藝的希望。本文結合水電工程所涉及到的主要因素、GPS技術的概念、特點、原理和發展現狀等方面來介紹GPS技術的原理和運用，探討其未來的發展方向，目的也就是希望GPS技術能在水電工程中發揮更大的作用，使我國水電工程的整體水平不斷提升。

關鍵詞：水電工程 GPS技術 運用 發展

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（b）-0035-01

1 GPS技術概況

GPS全球定位新一代衛星導航定位系統，限制已經得到廣泛應用，這一技術是由美國陸海空三軍聯合研制，具有非常優良的保密性和抗干擾性，同時作為新一代的衛星導航和定位系統，它還可以通過全球性、全天候、連續性、實時性的精密三維導航與定位能力，實時地想我們提供所需的三維坐標、速度和時間，并且其精密度非常之高。正因為GPS技術可以在為用戶24 h全天候地提供所需的三維坐標、時間和三維速度等技術信息，它也在水電工程中得到廣泛應用，尤其在最近幾年發展更是非常迅速。從測量領域來講，大地測量、工程測量、地形測量等諸多方面已經在很大程度上得益于GPS全球定位系統這一高新技術。

2 GPS技術基本原理

2.1 GPS觀測與測量

GPS技術是通過含有多種定位信息的衛星信號來實施定位的觀測量，通常可以分為即碼相位觀測量和載波相位觀測量。從測量精度來講，載波相位要比碼相位高，因為碼元的寬度要比載波的波長比長得多。正因此，現在載波相位測量技術廣泛應用于大地型GPS接收機目前大地型GPS接收機都采用載波相位測量。

2.2 GPS觀測量技術中載波相位觀測方程和定位方程

載波相位觀測方程為：

ψ=f/c（ρ-δp1-δpr）-fυ1t+fυ2t-n（1）

式中：ψ為載波相位觀測值；c為真空中的光速；f為載波頻率；p為衛星至接收機的距離；δp1為衛星信號通過電離層折射的改正；υ1t為接收機的改正；υ2t為衛星鐘的改正；N為整周未知數。載波相位定位方程為設衛星坐標為Xs、Ys、Zs（可根據衛星信號計算出，為已知值），接收機（即測站）坐標為X、Y、Z（待求值），則p=[（XS-X）2+（YS-Y）2+（ZS-Z）2]12。

2.3 定位方法

絕對定位方法和相對定位方法是兩類常用的定位方法，其中還有很多細節上的區分模式。相對定位方法的靜態定位模式。相對定位就是確定至少為2臺同步跟蹤相同GPS衛星信號的接收機之間的相對位置。而靜態相對定位模式就是相對定位的一種模式。其方法是將兩臺或兩臺以上的GPS接收設備分別安置在幾個點上，同步觀測1～2 h。當觀測站間的距離超過20 km時，還要適當延長觀測時間，當測站間距離不超過5 km時，觀測時間可縮短到45 min左右。這樣，用邊連接方法構網，用后處理軟件解算基線，經平差計算求定觀測點三維坐標。對于雙頻GPS接收機，這種相對定位模式的精度可以達到5 mm+1 ppm·d，d為測站間的距離（km）。一般GPS控制網，都應采用靜態相對定位測量方法。這種方法定位精度高，適用長邊。

3 GPS測量技術的特點

與傳統測量技術相比，GPS測量主要有以下特點：解決了測站與測站之間難易互相同時的難題，大大降低了空間上的客觀局限性，使得測試站站點的選擇更靈活更方便；定位精度高，GPS測量技術的特點是隨著距離的增長，精度會越高，優越性也會越發明顯，比精度很高的紅外儀測量還要精確方便；縮短觀測的時間，當短基線小于20 km時，一般只需要5 min就可以完成快速相對定位的觀測；精確的三維坐標，除了能對觀測站的平面位置進行精確測量，還能夠實時地精準的測出站點的三維坐標；操作簡易化，與傳統測量方法相比，GPS技術的觀測工作主要由衛星等自動化儀器自動完成，大大簡化了操作人員的工作。

4 GPS在水電工程中應用及發展

盡管隨著科學技術的不斷進步，我國水電工程建設已經開始廣泛的運用GPS技術，但是深度還不夠，主要是猶豫水電工程行業的客觀環境導致的，比如說復雜的地形、交通不便、通訊信號不穩定等等，所以進一步的深層的開發和推廣仍然是一段時間內繼續解決的研究和解決的課題。通過采用一定的數據處理技術，要做到±1～±2 mm的測量精度并不是難事，所以只要能想辦法讓相關環境條件能符合要求，那就可以深層次的運用GPS技術，對我國水電工程事業的發展將起到非常深遠的意義。例如，三峽工程是一個相當復雜的大型系統工程，而GPS技術就在早起早期圍堰合攏時對合攏口的形態與水文特性的測量中起到了關鍵作用。其實不局限于此，隨著技術的成熟，GPS技術還能發揮更大的作用。

另外，GPS實時測控系統也已經逐步在大型水電工程施工中建立起來，這也是一項應該大力推廣的新的系統技術，具有很高的實用性，也有很高的市場前景。實時測控系統能在相當大的程度上降低測量工作的繁瑣性，降低勞動強度，同時可以自動、準確、快速地定位地面各項相關設施，為檢查和復測控制系統提供了極大的便利條件。同時，這一技術還能夠測量河床斷面、壩區水下地形、水文等的具體數據和情況，為水電工程的具體施工提供系統的數據參考，保證工程施工的順利進行。

5 結語

隨著GPS定位技術的出現和不斷發展完善，其先進作用已經體現在各行各業，影響力也擴大到社會諸多領域。就水電工程而言，這一技術徹底改變了工程測量技術和測繪定位技術，傳統的地面定位技術一直停留在測角、測距、測水準等環節上，而這些早已不再適用于當今飛速發展的社會的需要。傳統的技術雖然仍然運用在工程施工中，但是其正在逐步被GPS技術所代替。水電工程中測量過程是一個至關重要的課題，而帶給水電工程測量革命性突破的就是GPS技術的運用和發展，GPS定位技術應用于水電工程施工，它突破了空間距離給傳統測量技術帶來的種種難題，改變了傳統的測量學的理念和方法，不但提升了測量精度，還大大提高了測量工作的效率。

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