GPS技术在水利工作中的应用

李建新

（广西恒安建设工程有限公司，广西 南宁 530001）

近几年，随着数字化技术的发展，全球定位系统（GPS）已在工程测量特别是在水利工作中得到了一定的应用，但尚未大面积推广。因此，有必要深入研究此项新技术，以便更好地应用于水利工程测量中。

1 GPS技术发展、组成及定位原理、特点

1.1 GPS技术的发展

全球定位系统是美国从 20世纪 70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海陆空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

1.2 GPS系统的组成

GPS系统主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备 3个独立的部分构成，它们组成又分别为：①GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。②GPS地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、3个注入站和5个监测站组成。③GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备等组成。

1.3 GPS系统定位原理

GPS基本定位原理是卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息，它充分利用全球24颗导航定位卫星系统来提供全天候长期连续全免费的标准定位服务（SPS）。

1.4 特点

1.4.1 测量精度高

全天候作业，数据安全可靠，没有误差积累。GPS技术能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间，不受天气的影响而全天候工作。

1.4.2 劳动强度大大降低

GPS测量技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”，受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小。

1.4.3 测量速度快

进行GPS测量时，每一测点定位一般仅需几秒钟，卫星信号不好时，最多10 rain左右，速度很快，平均每天测量河道断面1.5个左右，工作效率提高了约67。

1.4.4 能丈量不规则区域

GPS技术能对不规则的待测区域及较大区域的面积，通过航迹测量面积的方法来测量，可以计算出该轨迹所围区域的面积。

1.4.5 提供三维坐标，实现河道断面测量成果可视化

GPS技术能够精确测定测点的三维坐标，实现河道断面资料在GPS地图上数字化、可视化显示、编辑，一次测量成果满足规划、防洪决策、工程管理等多项目标需求。

2 GPS技术在水利工作中的应用

2.1 GPS技术在水利工作中的应用

传统的测量仪器和方法不仅难以保证在困难地区获得的数据的精度，而且效率低下，不能了解水利工程的实时变化情况。GPS的出现和应用使这些问题迎刃而解。

2.1.1 截流施工

截流的工期一般都比较紧张，而水下地形资料的准确性对水利工程建设十分重要。而GPS技术恰恰能在较短时间内完成高精度、大范围的工作，大大提高了生产的效率，保证了施工顺利进行。

2.1.2 滑坡监测

GPS高程监测需解决的问题：精确测定GPS测得的大地高与我国常用的正常高之间的差值（即高程异常值）。在滑坡监测方面，只需求出监测点的相对位移量，就能正确反映滑坡形变情况。

2.1.3 水工建筑物变形观测

GPS在水利工程中最大的贡献是将这项技术应用到坝体的变形监测中。GPS因为其高精度、全天候的特点，为建立大坝的实时连续变形监测系统和获取长时间大量的变形监测数据以进行变形分析提供了有力地保证。

2.1.4 水工隧洞的贯通

对于引水式电站而言，当引水隧洞很长时，施工控制网的作用就是保证正确贯通。用GPS建立施工控制网将大大简化测量工作，节省了大量的外业工作，使隧洞贯通，测量变得十分简单有效，且精度得到较大提高。

2.1.5 大型电站的道路施工测量

GPS技术具有精度高，不要求相邻点通视，不受气候条件限制，同时其布网灵活、对网形要求低等特点，使得道路测量工作速度快、费用省，外业工作劳动强度低，极大的提高了工作效率。

2.1.6 在输送电线路选、定线中的应用

很多水利工程在送电线路工程中，采用航测结合GPS进行选线、定线工作。GPS以其快速高精度、不受条件的限制等特点，克服传统线路航测外业中的种种问题，极大的提高了工作效率。

2.1.7 水力发电机组安装测量

对水力发电机组来说，需要建立高精度的施工控制网，GPS建立施工控制网自动化程度高、可连续观测、无需通视、布点灵活、全天候观测、可进行三维坐标测量。

2.1.8 地形测绘

在水利工程中，相关的地形勘测是进一步设计论证的重要前提，但常因地势、地形因素，给实际工作带来一定的麻烦。而GPS测绘技术的引入，使山区测绘任务大大减少，整项工程的测绘成本大大节约。GPS技术必将发挥巨大的作用和产生可观的效益。

2.1.9 流速流量测定

流速流量的测定是水利监控部门关心的一个重要问题，涉及到水资源的观测调控和合理使用。GPS技术使测量精度大大提高；而且避免了流量计、流速计使用寿命减短的问题。

2.1.10 工程质量监测

运用GPS技术进行质量监测，一旦出现任何微小的物理变化都会促使芯片将问题反映出来。若将该套GPS监测系统与相关工程监测体系软件、报警系统相结合，即可实现更加严密而完善的工程质量监测。

2.2 GPS技术的优越性

2.2.1 可操作性强

新型的通道接收机，它采用了内置的螺旋天线。位于前面板上的九个按键，能更加快捷的调用机器的各项功能。其超大屏幕，可以更加清晰、方便的看到显示的内容。操作起来得心应手、方便易懂。

2.2.2 测量精度高

全天候工作GPS技术能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间，不受天气的影响而全天候工作。该机采用差分定位，测量精度可达到毫米级。

2.2.3 能对不规则区域进行丈量

GPS技术能对不规则的待测区域及较大区域的面积，通过航迹测面积的方法来测量，沿着运行线路画出一条轨迹，从而计算出该轨迹所围区域的面积。

3 GPS快速测量技术的效益及局限性分析

3.1 效益

在待测面积相同的情况下，GPS技术测量与人工丈量相比，可提高工效50倍，可减少50%的体力劳动，经济效益显著。它提高了工作效率、测量精度，降低了劳动强度，对水利工作具有较好的推广、使用前景。

3.2 局限性

使用GPS测量河道断面也有局限性，也受外部环境因素的影响。测量时要避开高压电路等有强电磁波干扰的地方。在建筑物或高大树木等对天空有遮挡的目标下，GPS接收卫星效果欠佳，影响GPS测量工作的进行。此时可以采用全站仪或水准仪进行补充测量，以完成全断面测量工作。

GPS技术用自身特有的优势，成为水利工作的便捷工具。随着技术的不断改进，硬、软件的不断完善，GPS技术将在水利信息化建设中发挥着重要作用，并将使常规的测量方法发生根本性的变革。

1 杜珍应.GPS RTK技术在水利工程控制测量中的精度分析［J］.煤炭技术，2007（5）：118～119

2 陶歆贵.GPS RTK技术在水利工程测量中的应用［J］.铜业工程，2007（2）：10～12

3 张庆勇、李艺军.GPS测高与普通水准测量的应用比较［J］.测量与地质，2004（2）：36～38