于海明

（威海市文登區(qū)水利局 264400）

GPS技術(shù)在水利測量工程中的應(yīng)用及精度分析

于海明

（威海市文登區(qū)水利局 264400）

GPS具有高精度、全天候、操作簡便等特點(diǎn)，能有效提高水利測量工程的精度和效率。本文對GPS在水利測量工程中應(yīng)用進(jìn)行分析，分析了GPS用于水利工程外業(yè)測量、控制網(wǎng)的建立、高程系統(tǒng)測量、變形監(jiān)測方面的優(yōu)勢，以及水利工程測量的作業(yè)環(huán)境影響、作業(yè)范圍影響對GPS精度的影響，并提出了提高精度的方法。

GPS；水利測量；精度

引言

隨著我國水利工程項目的不斷建設(shè)，對于水利測量工程如何能夠在短時間內(nèi)準(zhǔn)確高效的完成測量任務(wù)，是工程測量面臨的重要問題。其中，GPS技術(shù)能夠在有效保證工程測量精度，同時又提高工程測量的效率[1]。

1 GPS原理簡介

GPS為全球定位系統(tǒng)的簡稱，由衛(wèi)星系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)及用戶三部分組成，GPS通過衛(wèi)星系統(tǒng)不斷地發(fā)送導(dǎo)航定位信號，信號中含有衛(wèi)星的位置信號；GPS的地面控制系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星定位信號，計算衛(wèi)星的參數(shù)等；用戶設(shè)備通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)，通過捕獲到按一定衛(wèi)星高度截比角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，應(yīng)用無線電測距交會的原理，再通過計算機(jī)和相應(yīng)軟件的計算，得出GPS接收機(jī)設(shè)備（測站點(diǎn)）的三維坐標(biāo)[2～3]。

GPS具有高精度、全天候、操作簡便等特點(diǎn)，將GPS運(yùn)用于水利工程測量中擁有明顯的優(yōu)勢，具有以下積極作用：①提高工程測量定位精準(zhǔn)度。目前，在50km定位當(dāng)中，GPS定位可以精確到10mm，在100～500km定位當(dāng)中，GPS定位可精確至100mm，在地形復(fù)雜的區(qū)域，GPS還可以測量出較為準(zhǔn)確的結(jié)果；②縮短工程測量操作時間。GPS運(yùn)用于水利工程測量，測量速度快，每次得出數(shù)據(jù)的時間僅為幾秒鐘；③提高測量站點(diǎn)的效率。在傳統(tǒng)的測量技術(shù)中，往往由于測量站點(diǎn)之間距離較大，測量起來不方便。

2 GPS技術(shù)在水利測量工程中的應(yīng)用

2.1 水利工程外業(yè)測量

在水利工程測量當(dāng)中，水利工程的測量需要將測繪方面的高級控制點(diǎn)和相關(guān)的基礎(chǔ)資料通過外業(yè)大地測量獲得，再將數(shù)據(jù)與GPS技術(shù)的測量數(shù)據(jù)統(tǒng)一起來，因此，外業(yè)測量工程中是比較重要的，也是比較困難的。但應(yīng)用GPS技術(shù)后，可首先完成誰確選點(diǎn)工作，確定導(dǎo)航基站的具體位置。選點(diǎn)工作中，最重要的是無線的安置，在無線安置過程中，首先通過應(yīng)用GPS進(jìn)行正常點(diǎn)安置，將天線安置于固定平臺上，保證天線基座氣泡平整。

2.2 控制網(wǎng)的建設(shè)

通過GPS建設(shè)控制網(wǎng)，可以有效的減少誤差，保證測量的圖形和施工具有較高的精度。在控制網(wǎng)建設(shè)中，基本的圖形主要包括邊連式布網(wǎng)和點(diǎn)連式布網(wǎng)兩種，邊連式布網(wǎng)可以進(jìn)行導(dǎo)航基站設(shè)立，將測控點(diǎn)確定在三角形核心位置；點(diǎn)連式布網(wǎng)，可對于河道附近等復(fù)雜地形進(jìn)行基站設(shè)立，最終形成測控系統(tǒng)。其中，三角形網(wǎng)的分布比較均勻，有著良好的結(jié)構(gòu)條件，且穩(wěn)定性較高有很強(qiáng)的自檢能力，在遇到很多測量缺陷或者測量錯誤時能夠及時發(fā)現(xiàn)并加以改正，從而使控制網(wǎng)具有更高的可靠性和可行性。

2.3 高程系統(tǒng)測量

在水利工程高程測量當(dāng)中，高程系統(tǒng)測量屬于水利測量工程的重點(diǎn)，高程控制對于水利工程水位線的測量擁有決定性作用，同時還對工程量的計算有著控制作用。應(yīng)用GPS系統(tǒng)可以解決高程數(shù)據(jù)精確性問題，就算在高山河谷等地形環(huán)境惡劣的地區(qū)，也可以應(yīng)用GPS系統(tǒng)也可以及時掌握水準(zhǔn)測量信息，通過水準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型的有效建立得出高程異常具體差距。

2.4 水利工程的變形監(jiān)測

變形監(jiān)測就是利用專用的儀器和方法對變形體的變形現(xiàn)象進(jìn)行持續(xù)觀測、對變形體變形形態(tài)進(jìn)行分析和變形體變形的發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行預(yù)測等的各項工作。對水利工程建筑物主要觀測水平位移、垂直位移、滲透及裂縫觀測。一般情況下，對于變形監(jiān)測的精度有很高的要求，且精度要在毫米以內(nèi)。在測量方法中比較常用的是水準(zhǔn)測量法，用來測量建筑物沉降情況，測量工具是水準(zhǔn)儀和測距儀以及全站儀，但這種方法有很好的適應(yīng)性，但工作量較多，測量時間長，受地形條件影響較大。利用GPS進(jìn)行變形監(jiān)測，可將接收機(jī)安裝到固定點(diǎn)上，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，然后在進(jìn)行變形分析自動化，其得出的效果非常好，有很高的精度。

3 影響GPS在水利工程測量精度的分析及對策

3.1 作業(yè)環(huán)境影響

作業(yè)環(huán)境的影響。GPS通過接收衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號，如果衛(wèi)星與GPS接收機(jī)之間存在障礙物，會影響信號的傳輸，降低測量精度。例如在室內(nèi)、隧道內(nèi)、水下都會因信號的完全屏蔽無法進(jìn)行GPS測量。而對于林區(qū)或者建筑物等障礙物，傳輸信號雖被減弱，但仍可以進(jìn)行GPS測量，從實(shí)際應(yīng)用的檢測結(jié)果得出，在無林區(qū)測量10km距離時誤差為1cm，在林區(qū)（樹間距為1m左右）測量時誤差可達(dá)到5cm。由此可見，作業(yè)環(huán)境對于GPS的精度影響較大。

為了提高GPS技術(shù)的測量準(zhǔn)確度，可通過減少信號損失，或提高信號的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)。對此，可以通過以下幾種方法來進(jìn)行：①在條件允許情況下，減少GPS接收機(jī)10°截比高度角以上空間的障礙物，這樣可以提高接收機(jī)的接收范圍；②增加GPS接收機(jī)的高度，提高有效衛(wèi)星的個數(shù)，如果有效衛(wèi)星能夠達(dá)到5顆以上，樹間距為lm的林區(qū)障礙物將不會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響；③距離強(qiáng)電磁環(huán)境（如雷達(dá)、電話等）大于200m，在總輻射功率小于60dbm情況下，GPS系統(tǒng)不會受外界電磁場的干擾，可保證測量精度。

3.2 作業(yè)范圍的影響

GPS的測量精度與其測量的有效距離關(guān)系較為密切。測量有效距離的影響，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)計算可知，測量精度隨著超出測量有效距離的增加而降低。對于在衛(wèi)星超過5顆、天氣晴朗、電磁條件好的條件下，測量距離每增加1km，其精度下降約為5cm。當(dāng)測量范圍超出5km時，測量精度下降變化無規(guī)律，當(dāng)測量精度下降達(dá)30cm，則GPS的測量數(shù)據(jù)沒有了應(yīng)用價值。在使用GPS過程中中盡可能的保證在有效范圍內(nèi)進(jìn)行測量。

4 結(jié)語

GPS技術(shù)應(yīng)用于水利測量工程，能夠極大的提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和效率，對于我國水利工程的建設(shè)發(fā)展具有重要意義。本文通過對GPS在水利測量工程中應(yīng)用的分析，通過水利工程外業(yè)測量、控制網(wǎng)的建立、高程系統(tǒng)測量、變形監(jiān)測等分析GPS測量的優(yōu)勢。通過分析GPS測量受到作業(yè)環(huán)境影響、作業(yè)范圍影響，并提出了提高精度的方法，為GPS技術(shù)應(yīng)用及精度提高提供了理論基礎(chǔ)。

[1]信 昕.GPS技術(shù)在水利工程測量中的運(yùn)用[J].技術(shù)與市場，2015，22（3）：73.

[2]金瑩，蔣桂美，張莉莉.探析全球定位系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2015（15）.

[3]劉天雄.GPS全球定位系統(tǒng)由幾部分組成?[J].衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)，2012（4）：56～62.

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A

1004-7344（2016）17-0101-01

2016-5-19