1、浅谈 GPS 技术在水利工程勘测中的应用摘要：GPS 技术在水利工程测量中，以高效率、低成本、高精度、不需通视等特点，深受广大用户的欢迎。GPS 相对定位可以获得厘米级相对位置，目前的动态 RTK 可以在几秒钟内就可以获得相对的 GPS 基准站给的高精度定位数据，在水利工程测量中的应用越来越广泛。本文即详细阐述了 GPS 技术在水利工程勘测中的应用要点。 关键词：GPS 技术；水利工程勘测；RTK；动态定位；外业测量中图分类号：TV 文献标识码：A 一、GPS 工作原理、特点 （一）GPS 技术工作原理 GPS 系统是卫星导航地位系统，采用的方法为距离交会法，在使用的坐标系统中，GPS 测量通
2、常采用其中的两种：第一种是地固坐标系统，第二种是空间固定坐标系统。同时根据需要可以进行坐标系的转换，通过转换可以有效表达控制点位置，可以促进观测效果。 （二）GPS 技术的特点 GPS 测量技术主要由七大特点，包括：定位精度高，观测时间短测站之间无需通视，可提供三维坐标，操作简便，全天候作业以及功多用途广等特点。这些优点保证了 GPS 测量技术的领先地位。其定位精度高体现在：在 300m 到 1500m 之间工程精密定位中，1 小时以上观测的解算，其平面位置误差小于 1mm；而测站之间无需通视这一特点一具解决了测量学中的难题，使接收的信号不受干扰；其用途广体现在不但可以进行测量也可以用于测速和
3、测时；GPS 系统的自动化程度非常高，便体现了其操作方便的特点。 由此可见，GPS 测量技术技术先进，优点明显，将在以后的应用中不断的体现出来，我们也将更加不断的开发 GPS 技术的更多特点，为水利工程测量水平的提高不断努力。 二、GPS 技术在水利工程测量中的应用前景 随着我国国民经济的快速增长的西部大开发的实施，水利工程建设迎来前所末有的发展机遇，这就对勘测设计提出了更高的要求。随着水利工程勘测设计行业软件技术和硬件设备的发展，水利工程勘测设计已实现 CAD 化，有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持；建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链，减少数据转抄、输入等中间环节，是水
4、利工程勘测设计“内外业一体化”的要求，也是影响水利勘测设计技术发展的“瓶颈”所在。 目前水利工程勘测中虽已采用电子全站仪和电子水准仪等先进仪器设备，但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，且效率低，大大延长了设计周期。勘测技术的进步在于设备引进和技术改造，在目前的技术条件下引入 GPS 技术应当是首选。 当前，用 GPS 静态或快速静态方法建立沿线总体控制测量，为勘测阶段测绘带状地形图，路线平面、纵面测量提供依据;在水利工程施工阶段为闸门、渠道、堤坝建立施工控制网，这仅仅是 GPS 在水利工程测量中应用的初级阶段，其实，水利工程测量的技术潜力蕴于 RTK(实时动态定位)技术的应用
5、之中，RTK 技术在水利工程中的应用，有着非常广阔的前景。 三、GPS 技术在水利工程勘测中的应用 （一）GPS 应用于水利工程中的优点 GPS 技术已经广泛的应用于各个领域，水利工程测量中，GPS 技术也得到了广泛的应用。比如：三峡水利枢纽，小浪底工程等水利工程测量中都用到了 GPS 技术。在国内进行的几次大的水利工程建设招标活动中，均严格要求采用 GPS 技术用于定位和测量，这主要是基于水利工程建设的特殊性。GPS 应用于水利工程建设，从工程施工角度而言，有如下优点: 平面上能准确定位 水利工程平面形状不规则。因此，实际施工过程中就需要精确地定位，这恰好是 GPS 的长处所在。大量实验表明
6、，在小于 50Km 的基线上，其相对定位精度可达 12106，在 100500km 的基线上可达106107，这一精度常规测量仪器是不可能达到的。 2、大范围水下施测优势更为明显 水下测量要求能够实时得到水面上的三维位置即 X，Y，H，在进行水下地形测量时，水面上的高程值减去测深仪的水深数据值(h) 就得到水下的高程，从而可做进一步的水下地形图，数学表达式为水下高程 Hs=Hh。 水利堤防工程分布一般是范围大。要准确地实施水下测量，做到不欠挖，不漏挖，不超宽，不超深，采用 GPS 比采用常规仪器就更显优越性。 节省大量的人力物力 常规仪器下的水下测量需配备多名工程技术人员，并有大量的手工劳动，
7、而采用 GPS 则省去了野外测量的工程技术人员，并可随时电脑成图，绘制出水利工程的平面范围和填挖程度。 （二）GPS 技术在水利工程测量中的应用 下面着重讲解 GPS 技术在水利工程测量中的应用。GPS 技术在水利测量中的应用主要包括以下部分：GPS 的外业测量，GPS 的布网以及实时动态测量技术的应用等等。 1、GPS 外业测量 GPS 外业测量中，选点是关键。点的定位对于保证测量结果的正确性具有非常重要的意义，因此要在选点前做好充分的准备工作，包括收集和了解有关测区的地理位置，标架，标型的完好状况等等。这都是做好选点的关键。GPS 的观测工作主要体现在无线安置和开机观测，这与常规测量有很大
8、的不同。无线安置工作中，要做到在正常点位，天线应架设在三脚架上，并安置在标忐中心的上方直接对中，天线基座上的圆水准气泡必须整平；在有风天气中，应将无线进行三方向固定。 2、GPS 布网工作 关于 GPS 布网工作如下：对于线路及带状工程测量，例如引水工程等，通常都采用点连式或边连式组成连续发展的三角锁同步图形，而对于工程枢纽地区的施工控制网和变形监测网，通常则采用边连式或网连式布设，以增强网形的几何强度，提高 GPS 控制网的可靠性和数据精度。3、实时动态测量方法 （1）实时动态定位(RTK)技术简介 实时动态定位（RTK）技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS(RTD GPS)技术，它
9、是 GPS 测量技术发展的一个新突破，在水利工程测量中有广阔的应用前景。 实时动态定位(RTK)系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的 3 维坐标和测量精度。这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。 （2）应用 实时动态定位(RTK)有快速静态定位和动态定
10、位两种定位模式，两种定位模式相结合，在水利工程测量中的应用可以覆盖水利工程勘测、施工放样、监理和 GIS（地理信息系统）前端数据采集等全过程。 快速静态定位模式 要求 GPS 接收机在每一流动站上，静止地进行观测。在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，实时解算整周未知数和用户站的 3 维坐标，如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以结束实时观测。一般应用在控制测量中，如控制网加密;若采用常规测量方法(如全站仪测量)，受客观因素影响较大，在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难，而采用 RTK 快速静态测量，可得到事半功倍的效果。单点定位只需要 510 min(随着该技
11、术的不断发展，定位时间还会缩短)，不及静态测量所需时间的 1/5，在水利工程测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。 动态定位模式 动态定位测量前需要在一控制点上静止观测数分钟(有的仪器只需210s)进行初始化工作，之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时确定采样点的空间位置。目前，其定位精度可以达到毫米级。 动态定位模式在水利工程勘测阶段有着广阔的应用前景，可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面测量及导线测量等工作。测量 24s，精度就可以达到 12cm，且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器(如全站仪)不可比拟的优点。 （三）推广
12、建议 1、GPS 静态定位技术和动态定位技术相结合的方法可以高效、高精度地完成水利工程平面控制测量。 2、生产过程中采用常规方法和 GPS 技术相结合的生产流程可以极大地提高生产效率。 3、RTK 技术的出现使 GPS 技术不断发展和完善，开发商相继推出的新型号仪器，其初始化时间越来越短，跟踪能力越来越强，精度越来越高，可靠性也越来越强，并有着良好的性价比，在水利勘测设计单位具有代替全站仪的趋势，各单位设备更新时应考虑这一因素。 4、GPS 技术在水利工程测量中的应用，是水利工程测量的一项革命性的技术革新，它将对传统的作业理念与方法予以更新. 结语 综上，GPS 在水利工程勘测中的应用，对水利工程勘测手段和作业方法产生了革命性的变革，极大地提高了勘测精度和勘测效率，需要强调的一点是，在利用 GPS 技术进行水利工程测量的时候，要特别注意测量结果的精确度和实用性，这是采用 GPS 技术测量的关键所在。 参考文献 1张振军，谢中华，冯传勇. RTK 测量精度评定方法研究J.测绘通报，2007.1. 2许俊杰. 浅析 GPS 高程测量在水利工程中的应用J.科技情报开发与经济， 2007.22. 3解满收.GPS 全球定位系统在水利工程测量中的应用J.科技风，2011.15.
