GPS 技術(shù)及其在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用研究

莫家玉

【摘要】GPS 在水利工程勘測(cè)中的應(yīng)用，對(duì)水利工程勘測(cè)手段和作業(yè)方法產(chǎn)生了革命性的變革，極大地提高了勘測(cè)精度和勘測(cè)效率，需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，在利用 GPS 技術(shù)進(jìn)行水利工程測(cè)量的時(shí)候，要特別注意測(cè)量結(jié)果的精確度和實(shí)用性，這是采用GPS 技術(shù)測(cè)量的關(guān)鍵所在。在以后 GPS 技術(shù)發(fā)展應(yīng)用中，將向著功能更加完善，性能更加先進(jìn)發(fā)展，針對(duì)不同的水利測(cè)量實(shí)例，因地制宜，合理利用，GPS 技術(shù)將為水利工程測(cè)量帶來(lái)更加顯著的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】GPS技術(shù)；水利工程測(cè)量；經(jīng)濟(jì)高效；簡(jiǎn)單可靠；測(cè)量質(zhì)量；布網(wǎng)工作；誤差控制

1引言

工程建設(shè)，勘測(cè)是基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)是靈魂。優(yōu)質(zhì)工程和精品工程離不開(kāi)高質(zhì)量的勘測(cè)設(shè)計(jì)。水利工程測(cè)量是為水利工程建設(shè)服務(wù)的專門測(cè)量，屬于工程測(cè)量學(xué)的范疇，它的主要任務(wù)如下：

（l）為水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)提供所需的地形資料。規(guī)劃時(shí)需提供中、小比例尺地形圖及有關(guān)信息，建筑物設(shè)計(jì)時(shí)要測(cè)繪大比例尺地形圖。

（2）施工階段要將圖上設(shè)計(jì)好的建筑物按其位置、大小測(cè)設(shè)于地面，以便據(jù)此施工，稱為施工放樣。

（3）在施工過(guò)程中及工程建成后運(yùn)行管理中，需要對(duì)建筑物的穩(wěn)定性及變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)）變形觀測(cè)，確保工程安全。

測(cè)量技術(shù)的一個(gè)重要分支——全球定位系統(tǒng)（Global positioning system）衛(wèi)星定位技術(shù)正日益廣泛地應(yīng)用于測(cè)繪、導(dǎo)航、天文、通訊和其他許多領(lǐng)域。從其發(fā)展趨勢(shì)看，GPS衛(wèi)星定位技術(shù)還將更加深入和普及到我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)乃至人們的日常生活中。作為當(dāng)代一項(xiàng)非常重要的科技成就，GPS技術(shù)己經(jīng)應(yīng)用于水利工程建設(shè)的各個(gè)方面，而且必將更加深入的影響水利工程建設(shè)。

2 GPS 技術(shù)的特點(diǎn)

GPS 測(cè)量技術(shù)主要包括以下幾點(diǎn)： 定位的精度準(zhǔn)確，觀測(cè)耗時(shí)較短，且測(cè)站之間不需要進(jìn)行通視，能夠?yàn)橛脩籼峁┤S坐標(biāo)，在操作方面也十分簡(jiǎn)便，而且它的續(xù)航能力十分出眾，能夠進(jìn)行全天候的作業(yè)，同時(shí)還具備多種方便使用的功能等。也正是這些優(yōu)點(diǎn)讓 GPS 測(cè)量技術(shù)不斷保持測(cè)量行業(yè)的領(lǐng)先地位。GPS 之所以能夠長(zhǎng)久地保持在測(cè)量行業(yè)的領(lǐng)先地位也正是因?yàn)槠涠ㄎ痪仁指?，它?300 -1 500 m這個(gè)階段中的工程精度定位中，在持續(xù)工作長(zhǎng)達(dá)1 h以上之后，其工作所得出的平面位置誤差仍然小于1 mm。由于測(cè)站的產(chǎn)生，也將觀測(cè)站與觀測(cè)站之間的聯(lián)系變得更加緊密，這也相對(duì)地解決了測(cè)量學(xué)中的一大難題，它的存在使得在接收信號(hào)時(shí)能夠不受到任何外界的干擾。而 GPS 測(cè)量技術(shù)其廣泛性不僅僅是體現(xiàn)在以上的這些方面，它還能夠應(yīng)用在測(cè)速與測(cè)時(shí)這兩個(gè)方面上。與此同時(shí)，GPS 測(cè)量系統(tǒng)還有著一個(gè)其他測(cè)量技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，即自動(dòng)化程度非常高。由于自動(dòng)化程度變高，使得在使用 GPS 進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其操作變得十分簡(jiǎn)便。

通過(guò)對(duì)以上 GPS 眾多優(yōu)點(diǎn)的簡(jiǎn)述，可以得出 GPS 測(cè)量技術(shù)十分先進(jìn)，有著眾多優(yōu)良的特點(diǎn)，這也會(huì)在今后的眾多應(yīng)用中體現(xiàn)出來(lái)。同時(shí)，我國(guó)也會(huì)在今后的發(fā)展中不斷地研究開(kāi)發(fā)更多 GPS 測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)，并不斷地提高水利工程的測(cè)量質(zhì)量。

3GPS在水利工程工程測(cè)量中存在問(wèn)題

3.1多路徑效應(yīng)

在水利工程中其絕大部分面積為水域，其對(duì)接收衛(wèi)星信號(hào)的多路徑效應(yīng)非常嚴(yán)重，這將是制約GPS在水利工程中廣泛應(yīng)用的一個(gè)主要因素。對(duì)于多路經(jīng)效應(yīng)所帶來(lái)的誤差可以采用在天線下面增加抑徑板或抑徑圈的方法加以減弱，該方法可減少30%左右的多路經(jīng)誤差；由加拿大諾瓦泰公司研制的多路經(jīng)誤差消除技術(shù)MET可使多路徑誤差減少60%；而隨后開(kāi)發(fā)的消除多路徑延遲的鎖相環(huán)路MEDLL技術(shù)則可使接收機(jī)減少90%的多路徑誤差，雖然這兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)詳細(xì)報(bào)道，但是它卻說(shuō)明了GPS可以廣泛用于水利工程的可能性。

3.2垂直位移精度較低

目前GPS監(jiān)測(cè)水平位移的精度較高，而監(jiān)測(cè)垂直位移的精度較低（約比水平位移的監(jiān)測(cè)精度低2倍），這種狀況使得在水利工程勘測(cè)階段、高精度變形監(jiān)測(cè)中還難以利用GPS同時(shí)精確測(cè)定水平和垂直位移。因而，目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用GPS建立各類控制網(wǎng)時(shí)，高程控制仍用常規(guī)的幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法來(lái)測(cè)定。

GPS高程測(cè)定的精度較低的主要原因是高程異常的不確定性影響了GPS測(cè)高的精度。目前可以采用GPS水準(zhǔn)、曲面擬合的方法（如修正的BP網(wǎng)絡(luò)擬合）來(lái)提高GPS高程測(cè)量的精度，如果對(duì)于變形監(jiān)測(cè)不考慮高程系統(tǒng)的差別而只考慮相鄰兩次的高差變化，則直接使用大地高差精度會(huì)有進(jìn)一步改善。

3.3精度受距離影響

單基準(zhǔn)站（DGPS）和差分GPS網(wǎng)所提供的差分改正信號(hào)不區(qū)分各種誤差源及其影響的大小。在一定的范圍內(nèi)基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的偽距觀測(cè)值存在相關(guān)性。隨距離的增加，定位精度有逐漸下降的趨勢(shì)。廣域差分（WADGPS）對(duì)定位誤差源加以分析，并將各種誤差源模型化。計(jì)算衛(wèi)星星歷修正、衛(wèi)星鐘差修正和區(qū)域大氣延遲（電離層和對(duì)流層模型參數(shù)取代參考站偽距修正信號(hào)發(fā)送給用戶，從而使動(dòng)態(tài)用戶定位精度在更大范圍內(nèi)不受基準(zhǔn)站與流動(dòng)站距離的影響。

4 GPS 技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用

GPS 技術(shù)目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于世界中的各行各業(yè)，而水利工程測(cè)量也不例外，GPS 技術(shù)在水利工程測(cè)量中也得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)的眾多大型水利工程都應(yīng)用到了 GPS 測(cè)量技術(shù)。以下著重分析 GPS 技術(shù)在水利工程測(cè)量中的眾多應(yīng)用。GPS 技術(shù)在水利測(cè)量中的應(yīng)用主要包括： ①GPS 測(cè)量技術(shù)中的外業(yè)測(cè)量； ②GPS 中的布網(wǎng)工作；③實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用。

4. 1 GPS 的外業(yè)測(cè)量

在 GPS 的外業(yè)測(cè)量中，最重要的是選點(diǎn)。所選的點(diǎn)位對(duì)于保證正確的測(cè)量結(jié)果有著十分重大的影響，因此當(dāng) GPS 外業(yè)測(cè)量工作進(jìn)行選點(diǎn)時(shí)，一定要做好充足的準(zhǔn)備工作。GPS 的觀測(cè)工作，其中最主要的兩個(gè)方面是無(wú)線安置方面與開(kāi)機(jī)觀測(cè)方面，這兩個(gè)方面的 GPS 觀測(cè)工作與普通的觀測(cè)工作流程有著很大的不同。在無(wú)線安置工作中，首先要做到的就是設(shè)置一個(gè)安置正常點(diǎn)，與其相應(yīng)的天線應(yīng)當(dāng)被穩(wěn)定地固定在三腳架平臺(tái)上，且應(yīng)當(dāng)將安置在標(biāo)志中心的上方與標(biāo)志中心相對(duì)應(yīng)，并在天線基座上的圓水準(zhǔn)氣泡也必須整平。如若遇到有風(fēng)的天氣，則應(yīng)當(dāng)將無(wú)線進(jìn)行三面方向的固定。

4. 2 GPS 布網(wǎng)工作

GPS 的布網(wǎng)工作主要包括： 對(duì)線路以及相屬的帶狀工程測(cè)量，例如引水工程等，大多所采取的布網(wǎng)方式是由點(diǎn)連式或者邊連式而結(jié)構(gòu)組成的聯(lián)系發(fā)展三角鎖同步圖形，相對(duì)于工程樞紐地區(qū)對(duì)施工控制網(wǎng)以及變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)所采取的邊連式或網(wǎng)連式的布網(wǎng)方式來(lái)說(shuō)，采用點(diǎn)連式或邊連式的布網(wǎng)方式能夠大大加強(qiáng)網(wǎng)形的幾何強(qiáng)度，如此一來(lái)才能夠提高 GPS 控制網(wǎng)中所得到的數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與精確性。

5結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著我國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，以及西部大開(kāi)發(fā)進(jìn)程的不斷加快，使得我國(guó)的水利工程的建設(shè)迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)會(huì)，這也對(duì)勘測(cè)的技術(shù)提出了更高的要求。當(dāng)然，隨著水利工程相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，其相應(yīng)的軟件和硬件技術(shù)也在不斷的提高，產(chǎn)生了一批適合水利工程勘測(cè)的優(yōu)秀軟件。因此，當(dāng)前的勘測(cè)技術(shù)應(yīng)當(dāng)致力于設(shè)備的改進(jìn)和技術(shù)的升級(jí)，使得當(dāng)前條件下的技術(shù)能夠引進(jìn) GPS技術(shù)。

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