论述GPS测量技术在水利工程中的应用

管勤

江西晶太水利电力建设有限责任公司

摘要：水利水电的科学应用，能够为当今社会和人们的生活带来诸多的便利，有着较高的社会价值和经济效益，只有提高其测量水平，才能保证工程质量。本文对GPS测量技术的概念、优点和在水利水电工程中的应用做了详细的分析。

关键词：GPS测量；水利水电工程；应用；特点

在水利水电工程应用中，需要经过科学的测量，然后再进行相应的工程选址和设计，进行工艺对比等一系列工作。在施工过程中，需要对水工建筑进行放样测量，保证工程的质量。如果测量的结果有较大的差距，就会对工程施工方案产生一定的影响，尤其是在后续施工方面，容易返工并造成一定的施工浪费，最终导致工程的进度受到阻碍。因此，要水利水电工程的高精度测量，就要用到GPS 技术进行高精度测量，这种技术目前比较成熟，在水利水电工程的应用上，发挥着很大作用。

1 概述

随着工程建设进程的不断深入，测量技术也受到了越来越高的技术要求。传统的测量方法由于受到通视及作业环境及条件的限制与影响，工作效率不是很高。而GPS技术能实时定位工程项目中的观测点，具有作业量小、测量精度及工作效率高等显著优势，已被广泛应用在各项工程建设中。

GPS（Global Positioning System）又称为全球定位系统，是于1994 年美国发明并建成的。它是一种定位的导航系统，这种系统能够定时和测距，同时向全世界的用户提供实时、连续、高精度的时间信息、三维位置以及三维速度。GPS 系统由地面控制部分、空间部分和用户设备三大部分组成。由于GPS 有着高精度、高效率、全天候、多功能、操作简单等优点，在水利水电工程中广泛应用，促进了水利工程测量的发展。

2 GPS 定位系统的构成

2.1 空间卫星群（即空间部分）

GPS 的空间卫星群十分庞大，由24 颗GPS 卫星群组成，每颗卫星大约有20 万公里的高度，这庞大的卫星群均匀分布在6个轨道面上，并且各平面之间的交角为60 度，这样可以保证地球地平面以上可以随时随地接收4～11 颗卫星发出的信号。

2.2 GPS 的地面控制系统（即地面控制部分）

GPS 的地面控制系统由1 个主控站、3 个注入站和5 个监控站组成。其作用是：监控站对卫星的工作状态进行观测，同时接收卫星信号，主控站则根据这些观测数据对卫星的星历和卫星钟的改正参数进行计算。

2.3 GPS 用户设备（即用户部分）

GPS 的用户设备的组成部分有：GPS 接收机、数据处理软件以及相应的用户设备。用户设备的作用是接收卫星发出的信号，并利用信号进行导航定位。随着科技的迅速发展，GPS 定位系统也变得重量越来越轻，体积越来越小，具有便于携带、高精度的优点，给水利工程测量带来了方便。

3 GPS 技术在水利水电应用特点

水利水电工程在GPS 技术应用上，借助于GPS 卫星定位，能够实现工程的精确定位。GPS 系统主要有三个部分构成，分别是空间和用户、地面设备方面，其中空間部分主要是距离地面2000 千米高度有二十四颗卫星在轨道上，实现全天候的控制和观测，随着大气摩擦的影响，导航精度上会有一定的偏差。对于地面控制系统中，有地面监测中心和主要控制站以及地面天线等，地面控制系统主要是接收卫星发布的信号，然后测量卫星轨道以及相距距离。还有用户设备，主要是GPS信号接收机，这种设备能够精确获取卫星信号，同时经过内部的处理和计算机分析后，能够有效获取用户坐标。

GPS 技术的适应性非常好，且能够应用到许多行业中，和一般的测量技术比较而言，其自身具备更多的高科技优点。GPS 技术能够实现高度自动化，且操作上比较简单、方便，在测量的过程中，只需一点简单动作，例如操作连接电缆线工作，放置相关仪器等，这些工作都是非常简单，即可实现GPS 技术的自动化跟踪。同时，还可以不间断的全天候提供导航服务和各种测量工作，且观测需要的时间很短，能够获得较高精度的测量数据。

GPS技术应用的优势概括而言，主要表现在四个方面：

（1）测量效率非常高

测量效率高是GPS 测量技术的一大优点，使用GPS 测量时，仅用几秒就可以获得准确的三维定位，在卫星信号不稳定的情况下，其也可以在几分钟内完成测量，可见速度之快，效率之高。使用了GPS 测量技术，每天可以提高70%以上的效率。

（2）测量精度非常高

GPS 测量技术能为用户提供高精度的三维定位，并且在不受任何天气状况的影响。利用GPS 静态定位技术测量时，测量误差仅仅3～4 毫克/ 升，而在不超过20 公里的距离测量时，测量误差也仅为几厘米。

（3）工作强度非常小

传统的测量设备在进行工作时，受外界的影响很大，特别是受地貌、地形、地物的影响，这都增加了测量人员的劳动强度。然而GPS 测量技术就没有这个缺陷，它不受天气、地形的影响，可以在短时间内对大面积不规则的复杂区域进行测量。

（4）无需通视

GPS 测量技术不需要互相通视，弥补了传统测量的缺陷。只要测量地点地形平坦开阔，卫星信号不受干扰，就能灵活方便地进行测量。

4 GPS 测量技术在水利工程测量中的应用

4.1 控制网设计

测量工作要遵循“从整体到局部，先控制后碎部”的原则，这是为了减小和限制误差的出现和积累，从而保证施工和测量的精度和速度。控制网设计是最重要的一部分，是首级控制的主要内容。对于地势平坦开阔的大型工程，要采用三角网。对于地形复杂崎岖的中小型工程时，要采用环形网。

4.2 高程系统测量

高程系统测量也是水利水电工程中的一项很重要的部分。高程系统控制决定水利水电工程的推算和工程量的计算，对工程的安全问题以及造价预算有着直接决定性的影响。

4.3 变形监测

变形监测能在观测时及时发现观测点的变形信息，通过观测，如果发现变形程度严重，超出了规定的允许数值，那么建筑物的稳定性就得不到保障。

4.4 数据分析处理

数据分析处理能力也是很重要的一部分，严重影响着测量结果。数据分析处理的过程：首先要获取相关的信息数据，然后要“预处理”，就是根据实际的需要对数据进行筛选，并按照标准分类，择其有用的信息，接着是“平差计算”，务必要保证计算的准确性，要不然会使数据失真，最后是坐标系统和GPS 网的转换，经过这一系列的处理和分析之后就可以获得数据。

5 结束语

GPS 测量技术在水利水电工程中发挥着重要的作用，由于其具有高精度、高准度、全天候、时间短、多功能、操作简单、自动化程度高等优点，为水利水电工程的测量带来了极大的便利，提高了水利水电工程的测量效率。随着科技的发展，GPS 测量技术也会不断得到提高和改进，使其会越来越多、越来越广地运用到水利水电工程建设中去，从而促进我国水利水电工程建设的发展和完善。

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