摘要：本文根據作者多年的工作經驗對GPS在水利工程中測量的發展，工作原理組成，特點及應用進行分析。

　　關鍵詞：水利工程，特點原理，GPS組成

　　Abstract: based on the author's work experience on GPS in water conservancy engineering measurement in the development, working principle composition, characteristics and application analysis.

　　Keywords: water conservancy project, the characteristic principle, GPS composition

　　中圖分類號： TV 文獻標識碼：A 文章編號：

　　隨著我國國民經濟的快速增長的西部大開發的實施，我國的水利工程建設迎來前所未有的發展機遇，這就對勘測設計提出了更高的要求。但常規測量方法受橫向通視和作業條件的限制，作業強度大，且效率低，大大延長了設計周期

　　1 GPS 技術概述及其在水利工程測量中的發展現狀

　　目前，水利工程測量在工程建設中的作用越來越重要，尋求好的測量方法和測量技術成為專業人員重點關注的事情。隨著社會的發展，各種測量方法和測量設備不斷推陳出新，GPS 技術應運而生。GPS 技術在水利工程測量中，以其高效率、低成本、高精度、不需要通視等特點受到人們的歡迎。在水利工程測量中得到廣泛應用。

　　GPS 其中文全稱為全球衛星定位系統( Global Po-sitioning System) ，它是無線式導航系統，其系統基礎為已經發射的地球衛星。我國測量采用的是美國發射的24 顆導航衛星。通過測量地面三維坐標來實現導航或者定位。

　　GPS 測量技術具有很多優點，在水利工程測量中得到了越來越多的應用。GPS 技術在水利工程中的初級應用是: 用 GPS 靜態或者快速靜態方法建立沿線總體控制測量; 同時，在水利工程施工階段為閘門、渠道、堤壩建立施工控制。而更高一級的應用是在水利工程測量中采用 RTK 技術，即所謂的實時動態定位技術。GPS 測量技術在水利工程測量中應用前景廣闊。

　　2 GPS工作原理、組成及其特點

　　2. 1 GPS 技術的工作原理

　　GPS 系統是衛星導航定位系統，采用的方法為距離交會法，該方法的原理是: 將 GPS 接收機設置在要求的某一位置 N 點，GPS 衛星發出的導航電文中，在某時刻接受三顆( a，b，c) 或者三顆以上的 GPS 衛星發出的導航電文。接下來，通過各種復雜的數學計算和數據處理方式，將計算出這一時刻時，GPS 接收機到達 GPS 衛星的距離為: SaN，SbN，Sa1。在求得兩者之間的距離的同時，通過接收衛星星歷可以獲得這一時刻這些衛星在空間的位置，也就是三維坐標。在使用的坐標系統中，GPS 測量通常采用其中的兩種: 第一種是地固坐標系統，第二種是空間固定坐標系統。同時根據需要可以進行坐標系的轉換，通過轉換可以有效表達控制點位置，使觀測效果更直觀.

　　2. 2 GPS 組成

　　空間衛星群和地面監控系統是 GPS 系統的兩大組成部分，此外，用戶還應該具有衛星接收設備。

　　( 1) 空間衛星群。空間衛星群是由均勻分布在 6個軌道面上，之間夾角為 60°的 24 顆大約高為 20 萬 km的 GPS 衛星群組成。其軌道和地球赤道的傾角約為55°，通過這樣的分布群可以保證接收 4 ～ 11 顆 GPS 衛星發送出的信號。

　　( 2) 地面控制系統。其組成為主控站 1 個、監測站5 個、注入站 2 個。這三個部分都有其不同的作用，主控站用來計算衛星的星歷以及衛星鐘的修改參數等，其依據是各個監測站的觀測數據。注入站計算出來的修改參數送入注入站，注入站起到接收的作用。監控站是用來接收衛星信號的。三者之間相互聯系、相互補充。

　　( 3) 衛星接收設備。主要由接收機、數據處理軟件、氣象儀等組成，其作用是接收信號，并利用信號進行導航定位。

　　3 GPS 在水利工程測量中的應用特點

　　水利工程是國家的經濟命脈,提高其工作效率、保障其安全運營是頭等大事。但是水利工程規模大、施工難度大、運營管理困難，GPS 技術不僅可以為水利工程的興建提供及時準確的測量數據和信息，而且也為運營中的水利建筑物的適時安全監測提供了可能性，全球定位技術在水利工程的建設和管理中得到廣泛的應用。

　　(1) 平面控制測量。淘汰了常規的導線測量的控制方式，根據工程的實際需要，進行 GPS 靜態定位、快速靜態定位和實時動態定位技術(簡稱 RTK)控制網測量和部分碎部測量。其基本優點首先是高精度，應用實踐證明，GPS 相對定位精度在 50 km 以內可達 10～6 ppm。在 300～1 500 m 工程精密定位中，1 h 以上觀測的解其平面位置誤差小于 1 mm;其次觀測時間短，20 km 以內相對靜態定位，僅需 15～20min，應用 RTK 測量時，當每個流動站與基準站相距在 15km 以內時，流動站觀測時間每站觀測僅需幾秒鐘。

　　(2) 放樣測量。在水利工程測量過程中，采取 RTK 點放樣和線路放樣，進行點放樣時，首先將放樣點坐標和靜態網中的坐標轉換參數一起上傳到 GPS 流動站中，然后根據所放點標識進行實地放樣，放樣精度可以控制在 5 cm 以內;進行線路放樣時首先在室內根據線路中心線的彎道元素編制線路中心線文件，將該文件和坐標轉換參數上傳到 CPS流動站接收機，在實地依樁號和所放點與中心線的關系進行現場放樣。

　　(3) 航空攝影測量外業像控。在水利工程中，測區通常都是條帶狹長型，線路一般較長，而且測區樹林茂密，通視條件差，而像控點布設一般較為分散，像控點間距離較遠，采用傳統的控制測量模式不僅耗時費力，而且也很難保證成果精度質量和工期的進度，而采用 GPS 就很容易解決以上問題，在較短的時間內即可完成外業像控點的采集工作。

　　(4) 高程測量。GPS 測量資料與水準測量資料相結合，來確定區域性大地水準面的高程是一種有效的方法。這種方法要求 GPS 觀測點具有水準測量資料且密度適當，分布比較均勻。利用高精度 GPS 定位技術精密確定觀測點的大地高程差，并根據建立的適當大地水準面數學模型，內插出計算點的高程異常或異常差，從而得出特定點的正常高。

　　經過實踐證明，采用靜態定位方法測出的大地高差誤差 Δh/D 可達到 3～4 ppm，當距離小于 20 km 時，可達到厘米級精度;

　　引入高級水準點，進行高程轉換后。在平原和丘陵地中誤差可達到±5 cm，山區也可以達到±15 cm，可以完全代替四等水準。

　　4 結語

　　綜上所述，GPS 測量技術優點明顯，應用廣泛。通過 GPS 測量技術在水利工程測量中的應用，充分掌握了 GPS 測量技術的應用過程和方法，為以后 GPS 的更廣泛應用奠定了基礎。在利用 GPS 技術進行水利工程測量的時候，要特別注意測量結果的精確度和實用性，這是采用 GPS 技術測量的關鍵。