論述GPS測量技術在水利工程中的應用

管勤

江西晶太水利電力建設有限責任公司

摘要：水利水電的科學應用，能夠為當今社會和人們的生活帶來諸多的便利，有著較高的社會價值和經濟效益，只有提高其測量水平，才能保證工程質量。本文對GPS測量技術的概念、優點和在水利水電工程中的應用做了詳細的分析。

關鍵詞：GPS測量；水利水電工程；應用；特點

在水利水電工程應用中，需要經過科學的測量，然后再進行相應的工程選址和設計，進行工藝對比等一系列工作。在施工過程中，需要對水工建筑進行放樣測量，保證工程的質量。如果測量的結果有較大的差距，就會對工程施工方案產生一定的影響，尤其是在后續施工方面，容易返工并造成一定的施工浪費，最終導致工程的進度受到阻礙。因此，要水利水電工程的高精度測量，就要用到GPS 技術進行高精度測量，這種技術目前比較成熟，在水利水電工程的應用上，發揮著很大作用。

1 概述

隨著工程建設進程的不斷深入，測量技術也受到了越來越高的技術要求。傳統的測量方法由于受到通視及作業環境及條件的限制與影響，工作效率不是很高。而GPS技術能實時定位工程項目中的觀測點，具有作業量小、測量精度及工作效率高等顯著優勢，已被廣泛應用在各項工程建設中。

GPS（Global Positioning System）又稱為全球定位系統，是于1994 年美國發明并建成的。它是一種定位的導航系統，這種系統能夠定時和測距，同時向全世界的用戶提供實時、連續、高精度的時間信息、三維位置以及三維速度。GPS 系統由地面控制部分、空間部分和用戶設備三大部分組成。由于GPS 有著高精度、高效率、全天候、多功能、操作簡單等優點，在水利水電工程中廣泛應用，促進了水利工程測量的發展。

2 GPS 定位系統的構成

2.1 空間衛星群（即空間部分）

GPS 的空間衛星群十分龐大，由24 顆GPS 衛星群組成，每顆衛星大約有20 萬公里的高度，這龐大的衛星群均勻分布在6個軌道面上，并且各平面之間的交角為60 度，這樣可以保證地球地平面以上可以隨時隨地接收4～11 顆衛星發出的信號。

2.2 GPS 的地面控制系統（即地面控制部分）

GPS 的地面控制系統由1 個主控站、3 個注入站和5 個監控站組成。其作用是：監控站對衛星的工作狀態進行觀測，同時接收衛星信號，主控站則根據這些觀測數據對衛星的星歷和衛星鐘的改正參數進行計算。

2.3 GPS 用戶設備（即用戶部分）

GPS 的用戶設備的組成部分有：GPS 接收機、數據處理軟件以及相應的用戶設備。用戶設備的作用是接收衛星發出的信號，并利用信號進行導航定位。隨著科技的迅速發展，GPS 定位系統也變得重量越來越輕，體積越來越小，具有便于攜帶、高精度的優點，給水利工程測量帶來了方便。

3 GPS 技術在水利水電應用特點

水利水電工程在GPS 技術應用上，借助于GPS 衛星定位，能夠實現工程的精確定位。GPS 系統主要有三個部分構成，分別是空間和用戶、地面設備方面，其中空間部分主要是距離地面2000 千米高度有二十四顆衛星在軌道上，實現全天候的控制和觀測，隨著大氣摩擦的影響，導航精度上會有一定的偏差。對于地面控制系統中，有地面監測中心和主要控制站以及地面天線等，地面控制系統主要是接收衛星發布的信號，然后測量衛星軌道以及相距距離。還有用戶設備，主要是GPS信號接收機，這種設備能夠精確獲取衛星信號，同時經過內部的處理和計算機分析后，能夠有效獲取用戶坐標。

GPS 技術的適應性非常好，且能夠應用到許多行業中，和一般的測量技術比較而言，其自身具備更多的高科技優點。GPS 技術能夠實現高度自動化，且操作上比較簡單、方便，在測量的過程中，只需一點簡單動作，例如操作連接電纜線工作，放置相關儀器等，這些工作都是非常簡單，即可實現GPS 技術的自動化跟蹤。同時，還可以不間斷的全天候提供導航服務和各種測量工作，且觀測需要的時間很短，能夠獲得較高精度的測量數據。

GPS技術應用的優勢概括而言，主要表現在四個方面：

（1）測量效率非常高

測量效率高是GPS 測量技術的一大優點，使用GPS 測量時，僅用幾秒就可以獲得準確的三維定位，在衛星信號不穩定的情況下，其也可以在幾分鐘內完成測量，可見速度之快，效率之高。使用了GPS 測量技術，每天可以提高70%以上的效率。

（2）測量精度非常高

GPS 測量技術能為用戶提供高精度的三維定位，并且在不受任何天氣狀況的影響。利用GPS 靜態定位技術測量時，測量誤差僅僅3～4 毫克/ 升，而在不超過20 公里的距離測量時，測量誤差也僅為幾厘米。

（3）工作強度非常小

傳統的測量設備在進行工作時，受外界的影響很大，特別是受地貌、地形、地物的影響，這都增加了測量人員的勞動強度。然而GPS 測量技術就沒有這個缺陷，它不受天氣、地形的影響，可以在短時間內對大面積不規則的復雜區域進行測量。

（4）無需通視

GPS 測量技術不需要互相通視，彌補了傳統測量的缺陷。只要測量地點地形平坦開闊，衛星信號不受干擾，就能靈活方便地進行測量。

4 GPS 測量技術在水利工程測量中的應用

4.1 控制網設計

測量工作要遵循“從整體到局部，先控制后碎部”的原則，這是為了減小和限制誤差的出現和積累，從而保證施工和測量的精度和速度。控制網設計是最重要的一部分，是首級控制的主要內容。對于地勢平坦開闊的大型工程，要采用三角網。對于地形復雜崎嶇的中小型工程時，要采用環形網。

4.2 高程系統測量

高程系統測量也是水利水電工程中的一項很重要的部分。高程系統控制決定水利水電工程的推算和工程量的計算，對工程的安全問題以及造價預算有著直接決定性的影響。

4.3 變形監測

變形監測能在觀測時及時發現觀測點的變形信息，通過觀測，如果發現變形程度嚴重，超出了規定的允許數值，那么建筑物的穩定性就得不到保障。

4.4 數據分析處理

數據分析處理能力也是很重要的一部分，嚴重影響著測量結果。數據分析處理的過程：首先要獲取相關的信息數據，然后要“預處理”，就是根據實際的需要對數據進行篩選，并按照標準分類，擇其有用的信息，接著是“平差計算”，務必要保證計算的準確性，要不然會使數據失真，最后是坐標系統和GPS 網的轉換，經過這一系列的處理和分析之后就可以獲得數據。

5 結束語

GPS 測量技術在水利水電工程中發揮著重要的作用，由于其具有高精度、高準度、全天候、時間短、多功能、操作簡單、自動化程度高等優點，為水利水電工程的測量帶來了極大的便利，提高了水利水電工程的測量效率。隨著科技的發展，GPS 測量技術也會不斷得到提高和改進，使其會越來越多、越來越廣地運用到水利水電工程建設中去，從而促進我國水利水電工程建設的發展和完善。

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