GPS系统在水利工程测量中的应用研究分析

摘要：本文从GPS技术概述及其在水利工程测量中发展现状，分析讨论了GPS工作原理、组成及其特点，并着重讲解了GPS技术在水利工程测量中的应用，主要包括GPS外业测量，GPS布网工作和实时动态测量方法应用。最后得出：在以后的水利工程测量中，GPS测量技术将不断提高了我们测绘成果的质量，为我们赢得了良好的社会和经济效益。

关键词：GPS技术；水利工程测量；布网。实时动态测量

一、GPS技术概述及其在水利工程测量中发展现状

现如今水利工程测量已经受到越来越多的重视，寻求好的测量方法和测量技术也成为人们重点关注的对象。随着社会的发展，各种测量方法和测量设备也不断的被发现，GPS技术也就是在不断的发展中出现的。GPS技术在水利工程测量中，以其高效率，低成本，高精度，不需要通视等特点受到人们的欢迎。在水利工程测量中得到不断的应用。

GPS其中文全称为全球卫星定位系统（Global Positioning System），它是无线式导航系统，其系统基础为已经发射的地球卫星。我国测量采用的是美国发射的24颗导航卫星。通过测量地面三维坐标来实现导航或者定位。

随着经济的发展，我国水利工程测量面临前所未有的机遇和挑战，而GPS测量技术又具有很多优点，所以，GPS测量技术在水利工程测量中得到了越来越多的应用。GPS技术在水利工程中的初级应用是：用GPS静态或者快速静态方法建立沿线总体控制测量；同时，在水利工程施工阶段为闸门、渠道、堤坝建立施工控制。而更高一级的应用是在水利工程测量中采用RTK技术，即所谓的实时动态定位技术。它将在水利工程测量中具有更加广阔的应用前景。

二、GPS工作原理、组成及其特点

1、GPS技术工作原理

GPS系统是卫星导航地位系统，采用的方法为距离交会法，该方法的原理是：将GPS接收机设置在要求的某一位置点，GPS卫星发出的导航电文中，在某时刻接受三颗（a,b,c）或者三颗以上的GPS卫星发出的导航电文。接下来，通过各种复杂的数学计算和数据处理方式，将计算出这某一时刻时，GPS接收机到达GPS卫星的距离为：，，。在求得两者之间的距离的同时，通过接收卫星星历可以获得这一时刻这些卫星在空间的位置，也就是三维坐标。

在使用的坐标系统中，GPS测量通常采用其中的两种：第一种是地固坐标系统，第二种是空间固定坐标系统。同时根据需要可以进行坐标系的转换，通过转换可以有效表达控制点位置，可以促进观测效果。

2、GPS组成

空间卫星群和地面监控系统是GPS系统的两大组成部分，此外，用户还应该具有卫星接收设备。现在就这三部分进行一下具体的说明：

（1）空间卫星群

空间卫星群是由均匀分布在6个轨道面上，之间夹角为60⁰的24颗大约高为20万千米的GPS卫星群组成。其轨道和地球赤道的倾角约为55⁰，通过这样的分布群可以保证接收4-11颗GPS卫星发送出的信号。

（2）地面控制系统

其组成是主控站1个，监测站5个，注入站2个。这三个部分都有其不同的作用，主控站用来计算卫星的星历以及卫星钟的修改参数等等，其依据是各个监测站的观测数据。注入站计算出来的修改参数送入注入站，注入站起到接收的作用。监控站是用来接收卫星信号的。这三者是相互联系，相互补充的。

（3）卫星接收设备

主要有接收机，数据处理软件，气象仪等等组成，接收信号，并利用信号进行导航定位。

3、GPS技术的特点

GPS测量技术主要由七大特点，包括：定位精度高，观测时间短，测站之间无需通视，可提供三维坐标，操作简便，全天候作业以及功能多用途广等特点。这些优点保证了GPS测量技术的领先地位。其定位精度高体现在：在300米到1500米之间工程精密定位中，1小时以上观测的解算，其平面位置误差小于1毫米；而测站之间无需通视这一特点一具解决了测量学中的难题，使接收的信号不受干扰；其用途广体现在不但可以进行测量也可以用于测速和测时；GPS系统的自动化程度非常高，便体现了其操作方便的特点。

由此可见，GPS测量技术技术先进，优点明显，将在以后的应用中不断的体现出来，我们也将更加不断的开发GPS技术的更多特点，为水利工程测量水平的提高不断努力。

三、GPS技术在水利工程测量中的应用

GPS技术已经广泛的应用于各个领域，水利工程测量中，GPS技术也得到了广泛的应用。比如：三峡水利枢纽，小浪底工程等水利工程测量中都用到了GPS技术。下面着重讲解GPS技术在水利工程测量中的应用。GPS技术在水利测量中的应用主要包括以下部分：GPS的外业测量，GPS的布网以及实时动态测量技术的应用等等。

1、GPS外业测量

GPS外业测量中，选点是关键。点的定位对于保证测量结果的正确性具有非常重要的意义，因此要在选点前做好充分的准备工作，包括收集和了解有关测区的地理位置，标架，标型的完好状况等等。这都是做好选点的关键。

GPS的观测工作主要体现在无线安置和开机观测，这与常规测量有很大的不同。无线安置工作中，要做到在正常点位，天线应架设在三脚架上，并安置在标忐中心的上方直接对中，天线基座上的圆水准气泡必须整平；在有风天气中，应将无线进行三方向固定。

2、GPS布网工作

关于GPS布网工作如下：对于线路及带状工程测量，例如引水工程等，通常都采用点连式或边连式组成连续发展的三角锁同步图形，而对于工程枢纽地区的施工控制网和变形监测网，通常则采用边连式或网连式布设，以增强网形的几何强度，提高GPS控制网的可靠性和数据精度。

3、实时动态测量方法

RTK工作基本方式可以表述为：在某一已知点上设立基准站并安置一台GPS接收机，对所有的可见卫星进行现场测，采用无线电传送设备，将观测到的数据和测站信息通过数据链传送到流动站。流动站在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备接收基准站传输的数据，依据相对定位的基本原理，基准站及流动站将该数据与本身观测到的数据进行差分解算，从而得到两观测站之间的相对位置，解算出流动站所在位置的三维坐标并实时存储和输出。

四、总结

综上所述，GPS测量技术优点明显，应用显著。通过GPS测量技术在水利工程测量中的应用，充分掌握了GPS测量技术的应用过程和方法，为以后GPS的更广泛应用奠定了基础。这需要强调的一点是，在利用GPS技术进行水利工程测量的时候，要特别注意测量结果的精确度和实用性，这是采用GPS技术测量的关键所在。

在以后GPS技术发展应用中，将向着功能更加完善，性能更加先进发展，针对不同的水利测量实例，因地制宜，合理利用，GPS技术将为水利工程测量带来更加显著的发展。

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