論述GPS測(cè)量技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

管勤

江西晶太水利電力建設(shè)有限責(zé)任公司

摘要：水利水電的科學(xué)應(yīng)用，能夠?yàn)楫?dāng)今社會(huì)和人們的生活帶來(lái)諸多的便利，有著較高的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，只有提高其測(cè)量水平，才能保證工程質(zhì)量。本文對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)的概念、優(yōu)點(diǎn)和在水利水電工程中的應(yīng)用做了詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：GPS測(cè)量；水利水電工程；應(yīng)用；特點(diǎn)

在水利水電工程應(yīng)用中，需要經(jīng)過(guò)科學(xué)的測(cè)量，然后再進(jìn)行相應(yīng)的工程選址和設(shè)計(jì)，進(jìn)行工藝對(duì)比等一系列工作。在施工過(guò)程中，需要對(duì)水工建筑進(jìn)行放樣測(cè)量，保證工程的質(zhì)量。如果測(cè)量的結(jié)果有較大的差距，就會(huì)對(duì)工程施工方案產(chǎn)生一定的影響，尤其是在后續(xù)施工方面，容易返工并造成一定的施工浪費(fèi)，最終導(dǎo)致工程的進(jìn)度受到阻礙。因此，要水利水電工程的高精度測(cè)量，就要用到GPS 技術(shù)進(jìn)行高精度測(cè)量，這種技術(shù)目前比較成熟，在水利水電工程的應(yīng)用上，發(fā)揮著很大作用。

1 概述

隨著工程建設(shè)進(jìn)程的不斷深入，測(cè)量技術(shù)也受到了越來(lái)越高的技術(shù)要求。傳統(tǒng)的測(cè)量方法由于受到通視及作業(yè)環(huán)境及條件的限制與影響，工作效率不是很高。而GPS技術(shù)能實(shí)時(shí)定位工程項(xiàng)目中的觀測(cè)點(diǎn)，具有作業(yè)量小、測(cè)量精度及工作效率高等顯著優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用在各項(xiàng)工程建設(shè)中。

GPS（Global Positioning System）又稱為全球定位系統(tǒng)，是于1994 年美國(guó)發(fā)明并建成的。它是一種定位的導(dǎo)航系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能夠定時(shí)和測(cè)距，同時(shí)向全世界的用戶提供實(shí)時(shí)、連續(xù)、高精度的時(shí)間信息、三維位置以及三維速度。GPS 系統(tǒng)由地面控制部分、空間部分和用戶設(shè)備三大部分組成。由于GPS 有著高精度、高效率、全天候、多功能、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在水利水電工程中廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了水利工程測(cè)量的發(fā)展。

2 GPS 定位系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 空間衛(wèi)星群（即空間部分）

GPS 的空間衛(wèi)星群十分龐大，由24 顆GPS 衛(wèi)星群組成，每顆衛(wèi)星大約有20 萬(wàn)公里的高度，這龐大的衛(wèi)星群均勻分布在6個(gè)軌道面上，并且各平面之間的交角為60 度，這樣可以保證地球地平面以上可以隨時(shí)隨地接收4～11 顆衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)。

2.2 GPS 的地面控制系統(tǒng)（即地面控制部分）

GPS 的地面控制系統(tǒng)由1 個(gè)主控站、3 個(gè)注入站和5 個(gè)監(jiān)控站組成。其作用是：監(jiān)控站對(duì)衛(wèi)星的工作狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，主控站則根據(jù)這些觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

2.3 GPS 用戶設(shè)備（即用戶部分）

GPS 的用戶設(shè)備的組成部分有：GPS 接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件以及相應(yīng)的用戶設(shè)備。用戶設(shè)備的作用是接收衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，并利用信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位。隨著科技的迅速發(fā)展，GPS 定位系統(tǒng)也變得重量越來(lái)越輕，體積越來(lái)越小，具有便于攜帶、高精度的優(yōu)點(diǎn)，給水利工程測(cè)量帶來(lái)了方便。

3 GPS 技術(shù)在水利水電應(yīng)用特點(diǎn)

水利水電工程在GPS 技術(shù)應(yīng)用上，借助于GPS 衛(wèi)星定位，能夠?qū)崿F(xiàn)工程的精確定位。GPS 系統(tǒng)主要有三個(gè)部分構(gòu)成，分別是空間和用戶、地面設(shè)備方面，其中空間部分主要是距離地面2000 千米高度有二十四顆衛(wèi)星在軌道上，實(shí)現(xiàn)全天候的控制和觀測(cè)，隨著大氣摩擦的影響，導(dǎo)航精度上會(huì)有一定的偏差。對(duì)于地面控制系統(tǒng)中，有地面監(jiān)測(cè)中心和主要控制站以及地面天線等，地面控制系統(tǒng)主要是接收衛(wèi)星發(fā)布的信號(hào)，然后測(cè)量衛(wèi)星軌道以及相距距離。還有用戶設(shè)備，主要是GPS信號(hào)接收機(jī)，這種設(shè)備能夠精確獲取衛(wèi)星信號(hào)，同時(shí)經(jīng)過(guò)內(nèi)部的處理和計(jì)算機(jī)分析后，能夠有效獲取用戶坐標(biāo)。

GPS 技術(shù)的適應(yīng)性非常好，且能夠應(yīng)用到許多行業(yè)中，和一般的測(cè)量技術(shù)比較而言，其自身具備更多的高科技優(yōu)點(diǎn)。GPS 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高度自動(dòng)化，且操作上比較簡(jiǎn)單、方便，在測(cè)量的過(guò)程中，只需一點(diǎn)簡(jiǎn)單動(dòng)作，例如操作連接電纜線工作，放置相關(guān)儀器等，這些工作都是非常簡(jiǎn)單，即可實(shí)現(xiàn)GPS 技術(shù)的自動(dòng)化跟蹤。同時(shí)，還可以不間斷的全天候提供導(dǎo)航服務(wù)和各種測(cè)量工作，且觀測(cè)需要的時(shí)間很短，能夠獲得較高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)。

GPS技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)概括而言，主要表現(xiàn)在四個(gè)方面：

（1）測(cè)量效率非常高

測(cè)量效率高是GPS 測(cè)量技術(shù)的一大優(yōu)點(diǎn)，使用GPS 測(cè)量時(shí)，僅用幾秒就可以獲得準(zhǔn)確的三維定位，在衛(wèi)星信號(hào)不穩(wěn)定的情況下，其也可以在幾分鐘內(nèi)完成測(cè)量，可見(jiàn)速度之快，效率之高。使用了GPS 測(cè)量技術(shù)，每天可以提高70%以上的效率。

（2）測(cè)量精度非常高

GPS 測(cè)量技術(shù)能為用戶提供高精度的三維定位，并且在不受任何天氣狀況的影響。利用GPS 靜態(tài)定位技術(shù)測(cè)量時(shí)，測(cè)量誤差僅僅3～4 毫克/ 升，而在不超過(guò)20 公里的距離測(cè)量時(shí)，測(cè)量誤差也僅為幾厘米。

（3）工作強(qiáng)度非常小

傳統(tǒng)的測(cè)量設(shè)備在進(jìn)行工作時(shí)，受外界的影響很大，特別是受地貌、地形、地物的影響，這都增加了測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。然而GPS 測(cè)量技術(shù)就沒(méi)有這個(gè)缺陷，它不受天氣、地形的影響，可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大面積不規(guī)則的復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行測(cè)量。

（4）無(wú)需通視

GPS 測(cè)量技術(shù)不需要互相通視，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量的缺陷。只要測(cè)量地點(diǎn)地形平坦開(kāi)闊，衛(wèi)星信號(hào)不受干擾，就能靈活方便地進(jìn)行測(cè)量。

4 GPS 測(cè)量技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用

4.1 控制網(wǎng)設(shè)計(jì)

測(cè)量工作要遵循“從整體到局部，先控制后碎部”的原則，這是為了減小和限制誤差的出現(xiàn)和積累，從而保證施工和測(cè)量的精度和速度?？刂凭W(wǎng)設(shè)計(jì)是最重要的一部分，是首級(jí)控制的主要內(nèi)容。對(duì)于地勢(shì)平坦開(kāi)闊的大型工程，要采用三角網(wǎng)。對(duì)于地形復(fù)雜崎嶇的中小型工程時(shí)，要采用環(huán)形網(wǎng)。

4.2 高程系統(tǒng)測(cè)量

高程系統(tǒng)測(cè)量也是水利水電工程中的一項(xiàng)很重要的部分。高程系統(tǒng)控制決定水利水電工程的推算和工程量的計(jì)算，對(duì)工程的安全問(wèn)題以及造價(jià)預(yù)算有著直接決定性的影響。

4.3 變形監(jiān)測(cè)

變形監(jiān)測(cè)能在觀測(cè)時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)觀測(cè)點(diǎn)的變形信息，通過(guò)觀測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)變形程度嚴(yán)重，超出了規(guī)定的允許數(shù)值，那么建筑物的穩(wěn)定性就得不到保障。

4.4 數(shù)據(jù)分析處理

數(shù)據(jù)分析處理能力也是很重要的一部分，嚴(yán)重影響著測(cè)量結(jié)果。數(shù)據(jù)分析處理的過(guò)程：首先要獲取相關(guān)的信息數(shù)據(jù)，然后要“預(yù)處理”，就是根據(jù)實(shí)際的需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，并按照標(biāo)準(zhǔn)分類，擇其有用的信息，接著是“平差計(jì)算”，務(wù)必要保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，要不然會(huì)使數(shù)據(jù)失真，最后是坐標(biāo)系統(tǒng)和GPS 網(wǎng)的轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)這一系列的處理和分析之后就可以獲得數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

GPS 測(cè)量技術(shù)在水利水電工程中發(fā)揮著重要的作用，由于其具有高精度、高準(zhǔn)度、全天候、時(shí)間短、多功能、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，為水利水電工程的測(cè)量帶來(lái)了極大的便利，提高了水利水電工程的測(cè)量效率。隨著科技的發(fā)展，GPS 測(cè)量技術(shù)也會(huì)不斷得到提高和改進(jìn)，使其會(huì)越來(lái)越多、越來(lái)越廣地運(yùn)用到水利水電工程建設(shè)中去，從而促進(jìn)我國(guó)水利水電工程建設(shè)的發(fā)展和完善。

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