簡(jiǎn)述水電工程中GPS技術(shù)的運(yùn)用及發(fā)展

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的水電工程測(cè)量技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足工程施工的需要，而GPS技術(shù)的出現(xiàn)和在水電工程中的積極作用，讓我們看到了突破傳統(tǒng)工藝的希望。本文結(jié)合水電工程所涉及到的主要因素、GPS技術(shù)的概念、特點(diǎn)、原理和發(fā)展現(xiàn)狀等方面來(lái)介紹GPS技術(shù)的原理和運(yùn)用，探討其未來(lái)的發(fā)展方向，目的也就是希望GPS技術(shù)能在水電工程中發(fā)揮更大的作用，使我國(guó)水電工程的整體水平不斷提升。

關(guān)鍵詞：水電工程 GPS技術(shù) 運(yùn)用 發(fā)展

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（b）-0035-01

1 GPS技術(shù)概況

GPS全球定位新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，限制已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，這一技術(shù)是由美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制，具有非常優(yōu)良的保密性和抗干擾性，同時(shí)作為新一代的衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)，它還可以通過全球性、全天候、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性的精密三維導(dǎo)航與定位能力，實(shí)時(shí)地想我們提供所需的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間，并且其精密度非常之高。正因?yàn)镚PS技術(shù)可以在為用戶24 h全天候地提供所需的三維坐標(biāo)、時(shí)間和三維速度等技術(shù)信息，它也在水電工程中得到廣泛應(yīng)用，尤其在最近幾年發(fā)展更是非常迅速。從測(cè)量領(lǐng)域來(lái)講，大地測(cè)量、工程測(cè)量、地形測(cè)量等諸多方面已經(jīng)在很大程度上得益于GPS全球定位系統(tǒng)這一高新技術(shù)。

2 GPS技術(shù)基本原理

2.1 GPS觀測(cè)與測(cè)量

GPS技術(shù)是通過含有多種定位信息的衛(wèi)星信號(hào)來(lái)實(shí)施定位的觀測(cè)量，通常可以分為即碼相位觀測(cè)量和載波相位觀測(cè)量。從測(cè)量精度來(lái)講，載波相位要比碼相位高，因?yàn)榇a元的寬度要比載波的波長(zhǎng)比長(zhǎng)得多。正因此，現(xiàn)在載波相位測(cè)量技術(shù)廣泛應(yīng)用于大地型GPS接收機(jī)目前大地型GPS接收機(jī)都采用載波相位測(cè)量。

2.2 GPS觀測(cè)量技術(shù)中載波相位觀測(cè)方程和定位方程

載波相位觀測(cè)方程為：

ψ=f/c（ρ-δp1-δpr）-fυ1t+fυ2t-n（1）

式中：ψ為載波相位觀測(cè)值；c為真空中的光速；f為載波頻率；p為衛(wèi)星至接收機(jī)的距離；δp1為衛(wèi)星信號(hào)通過電離層折射的改正；υ1t為接收機(jī)的改正；υ2t為衛(wèi)星鐘的改正；N為整周未知數(shù)。載波相位定位方程為設(shè)衛(wèi)星坐標(biāo)為Xs、Ys、Zs（可根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)計(jì)算出，為已知值），接收機(jī)（即測(cè)站）坐標(biāo)為X、Y、Z（待求值），則p=[（XS-X）2+（YS-Y）2+（ZS-Z）2]12。

2.3 定位方法

絕對(duì)定位方法和相對(duì)定位方法是兩類常用的定位方法，其中還有很多細(xì)節(jié)上的區(qū)分模式。相對(duì)定位方法的靜態(tài)定位模式。相對(duì)定位就是確定至少為2臺(tái)同步跟蹤相同GPS衛(wèi)星信號(hào)的接收機(jī)之間的相對(duì)位置。而靜態(tài)相對(duì)定位模式就是相對(duì)定位的一種模式。其方法是將兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的GPS接收設(shè)備分別安置在幾個(gè)點(diǎn)上，同步觀測(cè)1～2 h。當(dāng)觀測(cè)站間的距離超過20 km時(shí)，還要適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，當(dāng)測(cè)站間距離不超過5 km時(shí)，觀測(cè)時(shí)間可縮短到45 min左右。這樣，用邊連接方法構(gòu)網(wǎng)，用后處理軟件解算基線，經(jīng)平差計(jì)算求定觀測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)。對(duì)于雙頻GPS接收機(jī)，這種相對(duì)定位模式的精度可以達(dá)到5 mm+1 ppm·d，d為測(cè)站間的距離（km）。一般GPS控制網(wǎng)，都應(yīng)采用靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量方法。這種方法定位精度高，適用長(zhǎng)邊。

3 GPS測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比，GPS測(cè)量主要有以下特點(diǎn)：解決了測(cè)站與測(cè)站之間難易互相同時(shí)的難題，大大降低了空間上的客觀局限性，使得測(cè)試站站點(diǎn)的選擇更靈活更方便；定位精度高，GPS測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)是隨著距離的增長(zhǎng)，精度會(huì)越高，優(yōu)越性也會(huì)越發(fā)明顯，比精度很高的紅外儀測(cè)量還要精確方便；縮短觀測(cè)的時(shí)間，當(dāng)短基線小于20 km時(shí)，一般只需要5 min就可以完成快速相對(duì)定位的觀測(cè)；精確的三維坐標(biāo)，除了能對(duì)觀測(cè)站的平面位置進(jìn)行精確測(cè)量，還能夠?qū)崟r(shí)地精準(zhǔn)的測(cè)出站點(diǎn)的三維坐標(biāo)；操作簡(jiǎn)易化，與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，GPS技術(shù)的觀測(cè)工作主要由衛(wèi)星等自動(dòng)化儀器自動(dòng)完成，大大簡(jiǎn)化了操作人員的工作。

4 GPS在水電工程中應(yīng)用及發(fā)展

盡管隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)水電工程建設(shè)已經(jīng)開始廣泛的運(yùn)用GPS技術(shù)，但是深度還不夠，主要是猶豫水電工程行業(yè)的客觀環(huán)境導(dǎo)致的，比如說復(fù)雜的地形、交通不便、通訊信號(hào)不穩(wěn)定等等，所以進(jìn)一步的深層的開發(fā)和推廣仍然是一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)解決的研究和解決的課題。通過采用一定的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，要做到±1～±2 mm的測(cè)量精度并不是難事，所以只要能想辦法讓相關(guān)環(huán)境條件能符合要求，那就可以深層次的運(yùn)用GPS技術(shù)，對(duì)我國(guó)水電工程事業(yè)的發(fā)展將起到非常深遠(yuǎn)的意義。例如，三峽工程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的大型系統(tǒng)工程，而GPS技術(shù)就在早起早期圍堰合攏時(shí)對(duì)合攏口的形態(tài)與水文特性的測(cè)量中起到了關(guān)鍵作用。其實(shí)不局限于此，隨著技術(shù)的成熟，GPS技術(shù)還能發(fā)揮更大的作用。

另外，GPS實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)也已經(jīng)逐步在大型水電工程施工中建立起來(lái)，這也是一項(xiàng)應(yīng)該大力推廣的新的系統(tǒng)技術(shù)，具有很高的實(shí)用性，也有很高的市場(chǎng)前景。實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)能在相當(dāng)大的程度上降低測(cè)量工作的繁瑣性，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)可以自動(dòng)、準(zhǔn)確、快速地定位地面各項(xiàng)相關(guān)設(shè)施，為檢查和復(fù)測(cè)控制系統(tǒng)提供了極大的便利條件。同時(shí)，這一技術(shù)還能夠測(cè)量河床斷面、壩區(qū)水下地形、水文等的具體數(shù)據(jù)和情況，為水電工程的具體施工提供系統(tǒng)的數(shù)據(jù)參考，保證工程施工的順利進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著GPS定位技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善，其先進(jìn)作用已經(jīng)體現(xiàn)在各行各業(yè)，影響力也擴(kuò)大到社會(huì)諸多領(lǐng)域。就水電工程而言，這一技術(shù)徹底改變了工程測(cè)量技術(shù)和測(cè)繪定位技術(shù)，傳統(tǒng)的地面定位技術(shù)一直停留在測(cè)角、測(cè)距、測(cè)水準(zhǔn)等環(huán)節(jié)上，而這些早已不再適用于當(dāng)今飛速發(fā)展的社會(huì)的需要。傳統(tǒng)的技術(shù)雖然仍然運(yùn)用在工程施工中，但是其正在逐步被GPS技術(shù)所代替。水電工程中測(cè)量過程是一個(gè)至關(guān)重要的課題，而帶給水電工程測(cè)量革命性突破的就是GPS技術(shù)的運(yùn)用和發(fā)展，GPS定位技術(shù)應(yīng)用于水電工程施工，它突破了空間距離給傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)帶來(lái)的種種難題，改變了傳統(tǒng)的測(cè)量學(xué)的理念和方法，不但提升了測(cè)量精度，還大大提高了測(cè)量工作的效率。

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