□張衛(wèi)東（河南省封丘縣水利局）

隨著科學技術的不斷發(fā)展，發(fā)明與研究了很多水利工程測量設備。特別是計算機技術的飛速發(fā)展，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的采集并進行自動化處理，促使高精度控制測量自動化系統(tǒng)的問世。全球定位系統(tǒng)GPS是在空間定位技術發(fā)展的前提下誕生的，具有高精度、全天候、多功能、操作簡便、不受通視條件限制等優(yōu)點,進一步促進了全球定位系統(tǒng)在水利工程測量中的應用及其發(fā)展。

1.GPS定義

GPS全球定位系統(tǒng)，是由美國國防部開發(fā)的星基無線導航定位系統(tǒng)，用戶可以利用該系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、連續(xù)、實時的三維導航、定位和測速。GPS可以每天24h為全球陸、海、空用戶全天候提供三維位置、速度和時間信息。與其他無線電導航系統(tǒng)相比，GPS全球定位系統(tǒng)精度更高一些，目前GPS衛(wèi)星定位技術已廣泛應用于測繪、導航等領域，在測繪領域，主要應用于空間大地控制網(wǎng)的布設、工程測量、地形圖測繪、航空攝影輔助測量等。

GPS的概念是基于衛(wèi)星測距。用戶通過測量他們到衛(wèi)星的距離來計算自己的位置。衛(wèi)星的位置為已知值，每個GPS衛(wèi)星發(fā)送位置和時間信號，用戶接收機測量信號到達接收機的時間延遲，相當于測量用戶到衛(wèi)星的距離，同時測量4顆衛(wèi)星可以解出位置、速度和時間。

2.GPS組成

GPS由3部分組成：空間部分、控制部分和用戶部分。

2.1 空間部分

GPS的空間部分由分布在6個軌道面上的24顆衛(wèi)星組成，用來發(fā)射衛(wèi)星信號。衛(wèi)星軌道高度2.02萬km，傾角55°，周期12h。為了使衛(wèi)星能夠連續(xù)向用戶提供位置和時間信息，那么衛(wèi)星的軌道如何分布必須保證在世界各地任何時間可見到至少6顆衛(wèi)星。

2.2 控制部分

控制部分組件是由1個主控站、5個監(jiān)測站、3個注入站這幾個部分組成?？刂撇糠质怯煞植荚谌虻娜舾蓚€跟蹤站組成的監(jiān)測系統(tǒng)，跟蹤視野內(nèi)所有GPS衛(wèi)星，收集衛(wèi)星測距信息，并把收集的信息送到主站。主站計算衛(wèi)星精密軌道，并產(chǎn)生每顆衛(wèi)星的導航信息，通過注入站傳送到衛(wèi)星。

2.3 用戶部分

用戶部分由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件、天線及相應的用戶設備等組成。通過接收衛(wèi)星廣播信息計算出用戶的位置速度和時間。一般用戶購買使用的只是用戶部分。

3.GPS技術的測量原理

GPS技術的測量基本原理是利用距離交會技術，測量出已知位置的衛(wèi)星到GPS接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，通過一系列方程演算，由地面點的點位坐標就可知道接收機的具體位置。在測繪中主要利用GPS的定位功能確定點的三維位置。

4.GPS技術的測量方法

GPS作為一種定位手段，可應用它的靜態(tài)和動態(tài)定位方法，直接獲取各類大地模型信息，解決傳感器位置和姿態(tài)的快速定位問題，這樣也就解決了遙感信息的定位問題。

4.1 動態(tài)測量

動態(tài)測量：首先，采用靜態(tài)測量得到兩個較近已知點的坐標和大地高，一臺GPS機架設1個已知點(基準點)；另一臺設于另1個已知點，同時作為流動點第一點、流動點。各點觀測三維坐標精度±10cm，流動站與基準站之間距離一般<10km。GPS機移動過程中要求不關機，衛(wèi)星數(shù)≥5顆。為了避免動態(tài)測量但要注意的是動態(tài)測量在測量過程中不能形成閉合圖形，可靠性較差。動態(tài)測量主要用于斷面基點平面坐標、地質(zhì)鉆孔三維坐標及細部三角點坐標等的測量。

動態(tài)測量優(yōu)點是工作效率較高。其缺點是對衛(wèi)星信號要求較高，測量精度底，觀測中≥5顆衛(wèi)星，PDOP值≤4。

4.2 靜態(tài)測量

GPS靜態(tài)測量法就是根據(jù)制定的觀測方案，將幾臺GPS接收機安置在構成同步環(huán)的待定點 (未知點)上同時接收衛(wèi)星信號，直至將所有環(huán)路觀測完畢。靜態(tài)測量一般用三角點、導線等級控制網(wǎng)進行測量，一般觀測時間為30～60rain，精度為±5rrea±lppm。為了便于低等級的控制測量以常規(guī)方法完成，控制網(wǎng)布設時要有部分GPS點互相通視。為保證GPS控制網(wǎng)的可靠性，控制網(wǎng)布置一定要成環(huán)形。計算——閉合環(huán)精度，進行粗差探測等。

用GPS在水利工程進行測量時，如果是測量渠道、堤防等線路工程導線時，那么邊長一般為0.5～2km。水利工程多半是在外業(yè)進行觀測，因此為保護GPS接收機，進行觀測時一定要注意避免強烈的陽光直射。

5.GPS技術在水利工程測量中存在的不足

5.1 GPS技術在測量中存在著誤差

隨著科學技術的發(fā)展，測量技術也在不斷的提高，GPS的出現(xiàn)提高了測量精度，現(xiàn)階段，在水利工程測量過程中還是存在著一些誤差。比如：在高山峽谷、地下、建筑物密集地區(qū)和密林深處,由于衛(wèi)星信號被遮擋及多路徑效應的影響,其監(jiān)測精度和可靠性不高或無法進行監(jiān)測，還有一些操作人員一時的疏忽，或觀測的角度不對等原因也會導致GPS技術在水利工程測量中存在著一些誤差。

5.2 操作人員不熟練操作與使用

由于GPS是一種高新技術，在水利工程測量中剛開始運用，存在誤差或效率低下，其原因是操作人員還未具備完善的操作技能，及相關知識的匱乏。

5.3 應用力度還有待提高

水利工程測量中采用的電子全站儀和電子水準儀等先進的設備，在技術要求上已經(jīng)很成熟，基本能滿足測量的需要。而GPS的應用才開始不久，需要時間和實踐，它的運用空間很大，有待進一步提高。

6.提高GPS技術的措施

6.1 端正態(tài)度，減少人為因素誤差

水利工程測量在水利工程中占有很重要的地位，測量的精確度直接關系著工程的安全性，誤差太多，會造成不可預料的損失。因此，從事水利測量工作的技術人員一定要有強烈的責任心，端正的工作態(tài)度，減少人為因素造成的誤差或失誤，提高測量的精度，保證工程的順利完工。

6.2 要加強培訓，提高技術人員素質(zhì)

第一，對GPS技術的工作原理、機器構造、具體操作進行詳細講解，使技術人員對GPS技術熟練操作。第二，加強技術人員心理素質(zhì)培訓，提高GPS技術在水利工程測量中的質(zhì)量。第三，詳細講解在操作過程中出現(xiàn)的一些問題及處理方案，增強技術人員在實際操作過程中能夠自如應對，減少失誤率和差錯率。

6.3 加強宣傳，提高GPS技術在水利工程測量的運用空間

GPS技術是一種精度比較高的測量技術，采用的是全球定位系統(tǒng)，提高了測量的精確度和效率。因此，應大大提高GPS技術在水利工程測量中的運用空間，提高其知名度擴大其在水利工程測量上的運用。

7.結論

GPS技術應用于水利工程測量是水利工程測量史上一項重大技術革命,其應用及開發(fā)的前景十分廣闊，必將對水利質(zhì)量起到巨大的推動作用。

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