GPS在農(nóng)田水利工程測量中的分析應(yīng)用

劉學(xué)東

摘要：GPS是全球定位系統(tǒng)的縮寫，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離測距、定位的系統(tǒng)，主要依托于人造衛(wèi)星和地面基站。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS全球定位系統(tǒng)開始被應(yīng)用于農(nóng)田水利工程的測量中來，取代了傳統(tǒng)測量技術(shù)和設(shè)備，提高了農(nóng)田水利工程測繪的工作效率。本文從GPS定位系統(tǒng)入手，分析并探討GPS定位系統(tǒng)在農(nóng)田水利工程測量中的具體應(yīng)用方式，為推動(dòng)我國農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)建設(shè)水平提高提供一些思路。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田水利工程;測量;GPS

0 ?引言

GPS全球定位系統(tǒng)，全稱為Global Positioning System，是一個(gè)覆蓋全球的衛(wèi)星系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)借助覆蓋全球的人造衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)對觀測點(diǎn)經(jīng)緯度、高度等參數(shù)的采集，從而準(zhǔn)確進(jìn)行觀測點(diǎn)的定位、測距。GPS全球定位系統(tǒng)最初服務(wù)于軍事領(lǐng)域，后進(jìn)入飛機(jī)、車輛、船舶導(dǎo)航領(lǐng)域，目前正在向更加靠近民生的領(lǐng)域發(fā)展。農(nóng)田水利工程測量中應(yīng)用GPS全球定位系統(tǒng)是一種新的嘗試，還需要相應(yīng)的技術(shù)軟件作為支持。

1 ?GPS概述

GPS，Global Positioning System，中文名稱：全球定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)主要由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控、用戶設(shè)備三個(gè)部分組成，具有高精度、全天候等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代社會中能夠在多個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用的定位系統(tǒng)。GPS全球定位系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)定位地球上的觀測對象，離不開偽距單點(diǎn)定位、載波相位定位、實(shí)時(shí)差分定位三個(gè)原理，其中偽距單點(diǎn)定位提供觀測對象的三維坐標(biāo)，載波相位定位提供相位差，實(shí)時(shí)差分定位進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，三者共同作用能夠有效提高實(shí)時(shí)定位的精準(zhǔn)度，為GPS全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2 ?GPS-RTK技術(shù)分析

GPS-RTK技術(shù)是GPS全球定位系統(tǒng)在測繪領(lǐng)域中應(yīng)用的主要形式，是一種以載波相位定位技術(shù)為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)查分技術(shù)，能夠?qū)τ^測對象的實(shí)時(shí)測量精度提高到厘米級。GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用需要建立一個(gè)包括基準(zhǔn)參考站點(diǎn)、流動(dòng)站點(diǎn)、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的測量系統(tǒng)，能夠?qū)⒒鶞?zhǔn)站點(diǎn)中的觀測值等信息傳輸至流動(dòng)站點(diǎn)中，流動(dòng)站點(diǎn)中對比基準(zhǔn)站點(diǎn)傳輸來的信息和采集到的觀測數(shù)據(jù)，形成差分觀測值并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，最終得到一個(gè)厘米級的定位結(jié)果。GPS-RTK技術(shù)的整個(gè)應(yīng)用耗時(shí)約為1s，整個(gè)技術(shù)的關(guān)鍵就在于對數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)處理。GPS-RTK測量系統(tǒng)一次建站能夠覆蓋半徑4㎞的測量范圍，工作效率較傳統(tǒng)測繪技術(shù)和設(shè)備高很多。且在GPS全球定位系統(tǒng)的支持下，GPS-RTK測量系統(tǒng)的測量精度非常高，厘米級的測量精度基本可以滿足當(dāng)下野外測繪工作的大部分需求。GPS-RTK測量系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高，對人為操作和氣候條件依賴程度較低，只要工作環(huán)境符合電磁波通視的結(jié)果就能夠讓測繪人員遠(yuǎn)距離操作，保質(zhì)保量完成定位測量工作。

3 ?GPS-RTK 技術(shù)在農(nóng)田水利工程測量中的具體應(yīng)用方式

與城市相比，農(nóng)村多分布于更加偏遠(yuǎn)的地帶，我國部分村落分布在偏僻的山區(qū)、丘陵、高原、盆地，那里的農(nóng)田水利工程建設(shè)條件更加艱苦，傳統(tǒng)的測量技術(shù)和設(shè)備往往難以獲取準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，且對操作人員的技術(shù)水平要求很高，工作難度高且工作效率低。再加上，針對農(nóng)田水利工程的測量在野外進(jìn)行，氣候條件、地理?xiàng)l件、交通條件更加受限，測量數(shù)據(jù)的精度難以保證。將GPS全球定位系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)田水利工程測量領(lǐng)域，能夠有效降低測量的工作量和工作難度，提高工作效率和測量精度，以此為基礎(chǔ)，能夠有效提高農(nóng)田水利工程的測量效果，為水利工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)奠定參數(shù)基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)的水利工程測量技術(shù)相比，GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用只需要操作人員對測量對象定位，并確定 4 個(gè)以上的高等級控制點(diǎn)即可。

3.1 ?地形測量

想要保證農(nóng)田水利工程的設(shè)計(jì)施工質(zhì)量，充分發(fā)揮水利工程的作用，在設(shè)計(jì)工作開展前做好地形測量十分有必要。掌握了具體的地形地貌才能夠選定最佳的建設(shè)位置，選擇最適合的水利工程建設(shè)方式，提高對水資源的控制和利用。GPS-RTK 技術(shù)的應(yīng)用能夠幫助操作人員進(jìn)行快速定位和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量，獲得測量范圍內(nèi)的有效參數(shù)，為農(nóng)田水利工程選址奠定基礎(chǔ)。

3.2 ?水下地形測量

對于農(nóng)田水利工程而言，水面以上的定位和參數(shù)測量很重要，水下的地形測量也不能被忽略。水利工程的基礎(chǔ)在水面之下，因此水系地形十分重要，是水利工程設(shè)計(jì)、建設(shè)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的測繪技術(shù)及設(shè)備面對水下地形測量時(shí)往往比較比較難以獲得準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，測量得到的參數(shù)對水利工程設(shè)計(jì)的輔助作用有限。GPS-RTK 技術(shù)可以借助探測儀、GPS全球定位系統(tǒng)穿透水體的阻礙完成水下地形測繪，測量得到的數(shù)據(jù)可直接傳輸進(jìn)計(jì)算機(jī)制成水下地形圖，并將地形圖的測量精度提高到厘米級，輔助農(nóng)田水利工程的設(shè)計(jì)和施工。

3.3 ?高山區(qū)域測量

河流、湖泊等地表水多發(fā)于高山融雪，想要對這些地表水進(jìn)行控制，滿足農(nóng)業(yè)灌溉需求，提高蓄水、防洪能力，有相當(dāng)數(shù)量的水利工程需要建設(shè)在高山區(qū)域之中。高山區(qū)域與平原、丘陵區(qū)域有所不同，高山區(qū)域內(nèi)由于山石阻擋、林木茂密，信號傳遞受限程度較高，容易影響信號的采集和數(shù)據(jù)的接受。應(yīng)用GPS-RTK 技術(shù)時(shí)，操作人員也需要盡量選擇能夠聯(lián)通多個(gè)衛(wèi)星的點(diǎn)位，或反復(fù)多次觀測，以保證對高山地區(qū)的水利工程設(shè)計(jì)、建設(shè)位置地形的測量準(zhǔn)確度。

3.4 ?密林地區(qū)測量

與高山地區(qū)相似，有些選定的水利工程建設(shè)地點(diǎn)周圍彌補(bǔ)林木，預(yù)定的觀測點(diǎn)處信號容易被樹葉、枝條所阻擋，容易在一定程度上影響測量的準(zhǔn)確度。且在我國當(dāng)下的環(huán)境保護(hù)要求下，測量觀測等行為中要盡量避免對林木的大面積破壞和嚴(yán)重破壞，因此，砍伐樹木是不可取的。操作人員可以盡量選擇樹葉、枝條稀疏的位置，去掉信號接收機(jī)上方的密集樹葉、枝條，在降低對林木本身傷害的基礎(chǔ)上提高觀測的準(zhǔn)確度。

4 ?結(jié)語

GPS-RTK 技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的觀測、測量技術(shù)，為農(nóng)田水利工程提供更加高精度的基礎(chǔ)參數(shù)，有助于提高農(nóng)田水利工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量和建設(shè)質(zhì)量，充分發(fā)揮出水利工程的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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