GPS定位技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用探討

摘#8195;要GPS定位技術(shù)應(yīng)用于水利工程測(cè)量是一項(xiàng)重要突破，具有很廣闊的應(yīng)用前景。本文介紹了GPS定位系統(tǒng)的組成和基本原理，以及發(fā)展現(xiàn)狀，詳細(xì)闡明了將定位技術(shù)應(yīng)用到水利工程測(cè)量中高程測(cè)量、渠道管線測(cè)量、變形觀測(cè)和水下地形測(cè)繪的具體方法，得出定位技術(shù)在工程測(cè)量工作中應(yīng)用前景廣闊的結(jié)論，并提出了應(yīng)該注意的問題，將GPS定位技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量方法相結(jié)合將大大提高工作效率。

關(guān)鍵詞GPS技術(shù)；水利工程；測(cè)量方法

中圖分類號(hào)TV221文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2012)041-0098-02

隨著科技水平的快速發(fā)展，工程測(cè)量的技術(shù)也在不斷提升，先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法為水利測(cè)量工作帶來(lái)了方便，大大提高了工作效率。GPS定位技術(shù)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無(wú)線電衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它具有全天候觀測(cè)、定位精度高、觀測(cè)時(shí)間短和操作便捷的優(yōu)勢(shì)，而且具有良好的抗干擾性和保密性，在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

GPS（Global Positioning System），即全球定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)最早是美國(guó)軍方聯(lián)合研制出來(lái)的一種衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。隨著科技的不斷發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)從單純的軍用發(fā)展到了民間普及的程度。目前，大量的GPS導(dǎo)航儀出現(xiàn)在汽車標(biāo)配中，有的手機(jī)甚至也有了GPS導(dǎo)航功能。此外，近年來(lái)，隨著建筑測(cè)量行業(yè)的不斷發(fā)展，GPS技術(shù)也開始大規(guī)模的應(yīng)用在各類建筑測(cè)量項(xiàng)目中。GPS由于其技術(shù)特性決定的精度高、定位準(zhǔn)、時(shí)間短、操作快等特點(diǎn)，迅速在測(cè)量領(lǐng)域占據(jù)非常重要的地位。

1GPS定位系統(tǒng)

1.1基本組成和原理

GPS是指在全球范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，稱為全球定位系統(tǒng)。GPS定位系統(tǒng)分為衛(wèi)星組成的空間部分、監(jiān)測(cè)控制和天線組成的地面部分以及GPS信號(hào)接收機(jī)三大部分。利用GPS定位衛(wèi)星，必須具備監(jiān)控平臺(tái)、傳輸網(wǎng)絡(luò)和GPS終端三個(gè)要素，這三個(gè)要素缺一不可。GPS定位的定位原理是將高速運(yùn)動(dòng)的工作衛(wèi)星所處的瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。如下圖所示，假設(shè)t時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測(cè)定GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間△t，再加上接收機(jī)所接收到的不同方向的衛(wèi)星發(fā)射的其他數(shù)據(jù)可以確定以下四個(gè)方程式：

通過(guò)計(jì)算就能夠確定待測(cè)點(diǎn)在三維空間上的位置。

1.2優(yōu)勢(shì)與發(fā)展現(xiàn)狀

GPS衛(wèi)星定位由于工作衛(wèi)星分布均勻所以定位精度高，且能夠全天候觀測(cè)，定位系統(tǒng)還具有觀測(cè)時(shí)間短、操作便捷的優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)上如果需要連續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，可以將觀測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)通訊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。為了讓GPS定位技術(shù)更加廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，目前正在向三個(gè)方面發(fā)展：一是導(dǎo)航系統(tǒng)的多系統(tǒng)并存，可以大大提高系統(tǒng)可用性，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域；二是推廣應(yīng)用多元組合導(dǎo)航技術(shù)，主要是GPS與移動(dòng)通信基站定位、航位推算技術(shù)等的組合應(yīng)用；三是衛(wèi)星導(dǎo)航與無(wú)線通信等其他高技術(shù)相結(jié)合，如GPS接收機(jī)嵌入到蜂窩電話、便攜式PC、PDA和手表等電子產(chǎn)品中，從根本上促進(jìn)了IT技術(shù)的整體發(fā)展。 由于GPS定位系統(tǒng)向全自動(dòng)化方向發(fā)展，日趨智能化，并且定位儀器越來(lái)越輕便，所以為測(cè)量工作者帶來(lái)了極大的方便。

2GPS定位技術(shù)在水利測(cè)量中的應(yīng)用

2.1高程測(cè)量

GPS定位技術(shù)在高程測(cè)量中的應(yīng)用，就是對(duì)地面上的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行三維定位，通過(guò)對(duì)工作衛(wèi)星發(fā)射出的電波信號(hào)分析解讀之后，直接讀出大地高再經(jīng)過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量得出高程異差和正常高，并得到目標(biāo)地點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。首先測(cè)量所有目標(biāo)測(cè)量區(qū)域內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)的大地高e，再通過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)量出觀測(cè)點(diǎn)的正常高d，利用計(jì)算式高程差異q=e-d就能夠得出目標(biāo)觀測(cè)點(diǎn)的高程異差。這一系列操作依次完成之后，運(yùn)用GPS水準(zhǔn)高程測(cè)量方法聯(lián)測(cè)區(qū)域網(wǎng)中公共點(diǎn)的正常高，求出公共點(diǎn)的高程異差后，運(yùn)用數(shù)據(jù)擬合方法計(jì)算出目標(biāo)測(cè)量區(qū)域內(nèi)其他觀測(cè)點(diǎn)的正常高。

2.2渠道管線測(cè)量

水利工程測(cè)量中另一個(gè)重要的組成部分是渠道管線測(cè)量，它具有線性放射分散分布的特點(diǎn)。渠道管線測(cè)量工作需要消耗大量人力物力，傳統(tǒng)方式采用全站儀或者半站儀對(duì)渠道管線縱斷面進(jìn)行測(cè)量，地形地貌特征以及天氣氣候變化都會(huì)對(duì)測(cè)量工作帶來(lái)較大的干擾，這也是傳統(tǒng)測(cè)量方式測(cè)量精度差、效率低的原因。近幾年來(lái)GPS技術(shù)不斷提高和發(fā)展，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，在渠道管線的測(cè)量工作中也得到了普及。在渠道管線測(cè)量工作中運(yùn)用GPS定位技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè)，不會(huì)受到天氣及地形地貌等環(huán)境的影響，可以使工作效率得到提高。同時(shí)GPS定位技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)管線測(cè)量工作通視條件限制的缺陷，使測(cè)量工作不受限制。利用GPS定位技術(shù)只要有設(shè)計(jì)高程、轉(zhuǎn)角等技術(shù)參數(shù)，就可以很直接的確定目標(biāo)觀測(cè)點(diǎn)。這種測(cè)量方式相比于傳統(tǒng)測(cè)量方法大大提高了工作效率，減少工作人員數(shù)量和節(jié)約設(shè)備資源。

2.3變形觀測(cè)和地形觀測(cè)

在水利工程中，需要對(duì)水利建筑的地基、水庫(kù)大壩及堤壩外圍的位移、傾斜和沉降等變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由于被觀測(cè)的構(gòu)筑物外圍尺寸大，環(huán)境危險(xiǎn)，所以需要較高的測(cè)量技術(shù)。傳統(tǒng)測(cè)量方法中監(jiān)測(cè)地基的沉降主要靠水準(zhǔn)測(cè)量方法，利用三角測(cè)量的方法測(cè)量整體的傾斜和水平方向位移。GPS技術(shù)運(yùn)用到變形觀測(cè)中，可以在遠(yuǎn)離大壩的位置安置GPS接收機(jī)并選取幾個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)在發(fā)生變形的區(qū)域內(nèi)也安置GPS定位機(jī)并選取觀測(cè)點(diǎn)，通過(guò)自動(dòng)地不間斷觀測(cè)將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理中心，經(jīng)過(guò)計(jì)算后得到變形數(shù)據(jù)。而在水下地形觀測(cè)工作中，傳統(tǒng)測(cè)量方法同樣遇到工作難度大的困擾。利用GPS技術(shù)可以很好解決這個(gè)問題，在測(cè)量水深之前在兩個(gè)已知點(diǎn)安放GPS接收機(jī)，通過(guò)測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算出轉(zhuǎn)化參數(shù)。然后對(duì)水下觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定位觀測(cè)，通過(guò)轉(zhuǎn)化得到水下深度等數(shù)據(jù)，再利用相應(yīng)軟件得到水下地形圖。

3定位技術(shù)在工程測(cè)量中的發(fā)展

3.1優(yōu)勢(shì)

在水利工程測(cè)量中應(yīng)用GPS定位技術(shù)，可以使測(cè)量作業(yè)達(dá)到高效率、高精度且能實(shí)現(xiàn)自由選取基準(zhǔn)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的測(cè)量定位方法相比較，具有以下優(yōu)勢(shì)：可以更靈活自由的選擇水利工程測(cè)量控制網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)，不要求各個(gè)基點(diǎn)之間相互通視，基點(diǎn)的位置和數(shù)目變化不會(huì)影響測(cè)量的精度。一次性將控制網(wǎng)準(zhǔn)確定位，不會(huì)有誤差的積累，提高了定位精度。在控制網(wǎng)上只是利用基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)確定計(jì)算起點(diǎn)和起算方向，即使某一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)被破壞仍然不影響整個(gè)觀測(cè)控制網(wǎng)。使用計(jì)算機(jī)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)定和分析能夠避免人為因素導(dǎo)致的誤差。

3.2注意問題

GPS定位技術(shù)在給水利工程測(cè)量帶來(lái)便利的同時(shí)也存在著一些問題，GPS定位技術(shù)是計(jì)算機(jī)將信號(hào)接收機(jī)接收的信號(hào)進(jìn)行處理后得到的觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，所以信號(hào)接收是關(guān)鍵因素，如果信號(hào)接收受到干擾或被中斷，將會(huì)使測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或者接收不到數(shù)據(jù)，給測(cè)量工作帶來(lái)誤差。因此在水利工程測(cè)量中不能完全依賴GPS定位技術(shù)，也應(yīng)該適當(dāng)配合使用常規(guī)的測(cè)量?jī)x器，例如水準(zhǔn)儀、全站儀等，這樣才能真正保障測(cè)量工作的高精度。另外，將GPS靜態(tài)定位技術(shù)和動(dòng)態(tài)定位技術(shù)相結(jié)合，可以提高水利工程平面控制測(cè)量的精確度。

3.3發(fā)展趨勢(shì)

隨著水利工程測(cè)量行業(yè)內(nèi)硬件設(shè)施和軟件技術(shù)的發(fā)展和提升，測(cè)量工作已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)CAD繪圖等功能，部分軟件還將實(shí)現(xiàn)測(cè)量繪圖數(shù)字化統(tǒng)一。盡量減少數(shù)據(jù)傳送、輸入、轉(zhuǎn)抄等不必要的中間過(guò)程，實(shí)現(xiàn)測(cè)量、設(shè)計(jì)和施工及后期管理一體化，順應(yīng)水利工程“內(nèi)作業(yè)與外作業(yè)一體化”的發(fā)展要求，是水利工程發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前水利工程常規(guī)測(cè)量方法，選用了電子水準(zhǔn)儀、電子全站儀等先進(jìn)設(shè)備，但是仍然會(huì)受到工作環(huán)境的影響和條件的限制，而通過(guò)GPS靜態(tài)定位方法進(jìn)行總體控制網(wǎng)測(cè)量，并依此繪制縱橫斷面圖或地形圖非常便捷。所以引進(jìn)GPS定位技術(shù)是最佳選擇，具有廣闊前景。

總而言之，將GPS技術(shù)應(yīng)用到水利工程測(cè)量中，是水利工程測(cè)量工作的革命性突破，其高精度、全天候、無(wú)通視的優(yōu)勢(shì)大大提高了測(cè)量的精準(zhǔn)度，而方便的操作流程也能夠節(jié)省大量人力物力，提高了工作效率。隨著GPS技術(shù)的不斷改進(jìn)，水利工程測(cè)量將更加廣泛地運(yùn)用定位技術(shù)及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，更大程度地提高水利工程測(cè)量工作效率。

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