基于GPS技術在水利工程測量中的應用研究

宗春

摘 要：隨著我國現代化進程的加深，水利建設作為一項惠民性工程，其測量技術在快速發展的科學技術推動下實現了革命性變革，GPS測量技術的應用，其不僅在測量精度上得到了極大提升，更是實現了傳統導線測量與三角測量的取代，進而無需建立控制網，并受客觀環境影響較小，以此大大提高了測量效率與適用范圍。在此發展背景下，本文筆者以強化GPS應用技術為手段，以促進水利工程發展為目的，就GPS技術在水利工程測量中的具體應用進行深入研究，具有一定的而應用價值，以供讀者學習引用。

關鍵詞：水利工程；測量任務；GPS技術

中圖分類號：TV221 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）12-0113-02

GPS技術作為現代工程測量任務實施的重要環節，是由軍事領域逐漸發展至工程建設過程中，由于其操作快、時間短、定位準以及精度高等特點，近年來在水利工程中得到了廣泛應用，并取得了良好的應用效果。新時代的發展背景下，如何加強GPS技術在水利工程測量中的具體應用，使其更好的服務與水利建設與水利發展，是為一個值得我們深思的課題。

1 GPS的系統組成與應用優勢

1.1 系統組成

GPS測量定位系統主要由空間衛星群、地面控制系統與衛星接收設備（用戶所需）三大部分組成，其中：空間衛星群由距離20萬Km的24顆衛星組成，且其以60°的平面交角均勻分布在6個軌道面，以此可以確保任何地點地平線的用戶在任一使用時間內均有5～10顆衛星信號可接收；地面控制系統主要由主控站（1個）、監測站（5個）與注入站（2個）三部分構成，主控站是以觀測GPS數據為主要任務。監測站是在接收衛星信號的同時并其工作狀態實施監測。至于注入站，其功能為對主控站數據進行計算，并將結果傳輸于衛星；衛星接收設備則是用戶利用GPS接收機、數據處理軟件和用戶設備通過對衛星信號的接收，以此完成定位與導航任務的實施[1]。

1.2 應用優勢

（1）操作方便，耗時短。由于GPS測量能夠在不通視的情況下進行三維坐標測量，因此其操作過程簡單，測量效率極高，往往只需幾秒便可完成多點坐標的采集任務，同時，由于它擁有出眾的續航能力，因此可進行全天候作業。（2）精度高，測量準確。實踐證明，GPS在300～1500m范圍內的測量定位中即使持續工作時長1h以上，其放樣平面位置的誤差仍然不超過1mm。（3）自動化程度高。由于數字化與電子化技術的應用，GPS操作系統完全實現了自動化控制，該功能的實現是為精度好、效率高及操作簡單等其他特點的基礎所在。（4）靈活性好、成本較低。GPS衛星定位技術應用過程中，因其具有靈活的布點方式，且受環境影響較小，進而可在極大程度上節省資金的投入，利于水利工程測量任務的成本控制。

2 GPS技術在水利工程中的應用分析

2.1 高程測量

通過水準和GPS兩種測量資料的結合，對于區域性似大地水準面高程的確定是為一種效果良好的方法，該方法的實施要求GPS觀測點擁有均勻的密度與分布形式，且水準測量資料齊全。通過GPS高精度定位技術的應用，可將觀測點的高程差實施精密測定，同時結合所構建的似大地水準面數學模型，可將目標點的高程異常或異常差計算得出，進而獲得觀測點的絕對高程。實踐應用證明，對于大地高程誤差（△h/D）的控制，GPS靜態定位技術可將其控制在3～5ppm范圍內，對于20Km以內的測量距離，其精度可控制到厘米級別；對于利用高級水準點實施高程傳遞時，其誤差控制丘陵與平原地區為±5cm之間，山區為±15cm之間，從精度等級可以實施四等水準測量[2]。

2.2 渠道管線測量

渠道管線測量在水利工程測量中表現出線性放射分散分布的特征，其過程消耗人力物力較大，傳統模式下縱斷面的測量采用半站儀或全站儀進行，由于受地形地貌與氣候環境影響較大，因此測量結果所表現出效率低、精度差等缺陷，難以滿足現代化建設需求。隨著GPS技術的發展與應用，渠道管線測量實現了全天候連續作業，其實施過程對于自然環境依賴較小，不受地形地貌與天氣氣候的影響，進而大大提高了測量效率。與此同時，相比于傳統測量技術，GPS定位技術在實施過程中不受通視條件的限制，使得測量過程更加“隨意”，并且對目標觀測點確定時，只需簡單的轉角和設計高程等技術參數便可完成。GPS技術在渠道管線測量任務中的應用，不僅極大程度的提升了工作效率，同時還減少了人力與物力的投入，節約了施工成本。

2.3 變形與地形觀測

受其自身屬性的限制，水利工程施工過程中需實時監測堤壩外圍、水庫大壩、建筑地基等結構部位的沉降、傾斜以及位移（或變形）情況，此過程對于測量技術要求較高，需在保證觀測安全與效率的基礎上進行。傳統技術主要以水準測量法實施地基沉降監測，以三角測量法實施結構位移與傾斜監測。通過GPS技術的應用，其在變形監測時對于GPS接收機的安置可遠離大壩位置選擇基準點而定，并在待測區域選取觀測點并安置GPS定位機，以此便可實現自動化持續觀測，并將所獲取原始數據傳輸至處理中經計算后便可轉化為變形數據。對于水下地形觀測，GPS技術可通過在兩個已知點處安置GPS接收機后便可實施水深測量，進而根據所得數據計算出轉化參數，完成后便可實施定位觀測，通過專用軟件與具體水深數據（轉化得出）便可獲得水下地形圖。

2.4 靜態相對定位

GPS靜態相對定位主要是指通過兩臺或兩臺以上的衛星接收機進行衛星信號的接受，接著對采集到的數據進行分析、處理，求解出精確的測區空間位置，即三維坐標。GPS靜態相對定位的高精度性，可以根據測量區域中某點的具體坐標位置，從而求出其他點的精確坐標位置。當前，靜態GPS相對定位技術應用于我國野外工程測量愈來愈廣泛，包括地球定位測量、大型工程野外涵洞、隧道定位測量、位移監測等工程測量項目。常規的工程測量技術不僅程序復雜，而且測量成果精度性比較低，而靜態相對定位技術的使用，使得我國工程測量事業發展前景更為廣闊[3]。

2.5 動態相對定位

GPS動態相對定位指的是通過使用GPS信號對觀測目標相對于其他參照物的位置、時間、形態、速度、加速度等動態參數進行觀測、分析。GPS實時動態定位主要是利用設置在運動載體上的GPS衛星信號接收機對GPS信號接收機天線所在的位置進行實時觀測。一方面，動態GPS相對定位通過及時將基準站的觀測信息、數據傳播到流動站，形成數據鏈，便于基準站將觀測的信息及時傳播至流動站，從而對數據進行分析對比，此種數據分析方法稱為及時處理方法。另一方面，動態GPS在觀測后期對所測得的差分數據僅作相關數據處理，而非傳輸至流動站，即滯后處理方法。

3 GPS誤差來源與誤差消除（工作體會）

3.1 誤差來源

（1）多路徑效應與大氣折射等信號傳播誤差；（2）衛星軌道與衛星鐘等GPS衛星誤差；（3）天線中心誤差、接收機鐘差、觀測誤差和載相位觀測的整周不定性影響等與接受設備有關的誤差；（4）來自其他影響因素的誤差，如潮汐與地球自轉等。

3.2 誤差消除

（1）通過系統誤差模型的建立修正觀測量；（2）數據處理過程中通過相應未知參數的引用來一并解算其他未知參數；（3）利用同一衛星在不同觀測站實施同步觀測求差來將系統誤差降到最小；（4）對于一些影響不大的系統誤差，可以將其簡單忽略。

4 結語

綜上所述，GPS技術在現代水利工程測量中的應用研究是為一項精細而復雜的過程，通過本文的論述，技術性的探究了具體應用對象與應用特點，意于規范GPS測量技術，促進水利工程可持續發展，實現GPS技術標準化與多元化發展方向。

參考文獻

[1]孫龍，劉善.GPS系統在水利工程測量中的應用[J].民營科技，2013（1）：206.

[2]高亞軍.淺談山區測量中RTK技術的應用[J].中華民居（下旬刊），2013（04）：262-263.

[3]姚博.GPS測量技術在永定新河治理一期工程中的應用研究[J].價值工程，2013（34）：95-96.