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【摘要】近年来，GPS定位系统在水利水电工程测量中得到了广泛的应用。本文通过对GPS全球定位系统的研究，简析GPS在水利水电工程测量中的应用和发展前景。
【关键词】GPS；水利水电；工程测量；应用前景
中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：
0.引言
GPS（全球定位系统）是到目前为止，世界上最先进和最完善的卫星导航系统与定位系统。它的特点不仅有全球性、全天候性、实时高精度，三维导航和定位能力这几点，而且还包括了具有良好的抗干扰和保密性。所以这引起了世界各国军事部门和广大民用部门的深切关注。GPS定位技术的高度自动化所达到的高精度以及其所具备的潜力，同时也引起测绘界的极力关注。特别是最近这几年来，GPS定位技术在应用基础的研究方面、新应用领域的开拓方面、软件和硬件的开发等等一系列方面都取得了快速发展，并在广泛的科学实验活动方面也展现出了极为广阔的发展前景[1]。
1.GPS测量技术的概述
全球定位系统，即GPS，它是“Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System，NAVSTAR/GPS”的英文缩写。它是以卫星的测时和测距进行导航，并构成全球定位的一种系统。现在，国际上已经公认地把这种全球定位系统简称为GPS。GPS (全称：全球定位系统)，是美国国防部在20世纪80年代研发成功的一种高精度卫星导航和定位系统。同时，它也是现代空间技术的又一次重大突破。它的建立是为了美国DOD（国防部）满足对军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求。这个系统是从1973年开始设计、研发的，历经20年在1993年的时候全部完成。到1994年年底为止，28颗GPS卫星全部发射完成,其定位工作开始正常进行。因此,对现在来说，不论在任何时候,在地球的任何地方,都可以接收到不少于6颗的GPS卫星发射的信号[2]。
GPS定位系统具有高度的精度性、全天候、连续性、速度快、费用低、方法种类多样和操作简单等一系列特点。这使其在水利水电工程测量及其相关学科领域得到了极其广泛的运用。
GPS卫星的主要作用是:第一，向用户连续发送定位信息；第二，接收和储存由地面监控站发来的卫星导航电文等信息,并适时发送给用户；第三，接收并执行由地面监控站发来的控制指令,适时地改正运行偏差和启用备用卫星等；第四，通过星载的高精度铷钟和铯钟,提供精密的时间标准。
近些年来，GPS在水利水电工程测量方面也获得了很大的发展。特别是在首级控制,碎部测量以及变形观测等各个方面,都得到了充分的应用。下面，本文将从其应用情况和效果作必要的论述,以及对它以后发展前景和优势作相关说明。
2.GPS在水利水电工程测量中的应用现状及优势
2.1首级控制
对于建立某一测区内的首级控制网，技术人员可以应用高精度的GPS进行相对定位技术。
2.1.1网的图形设计
全球定位系统首级控制网的基本图形一般是三边形或多边形，加密网点时也可取附合线路或者极坐标法这两种方法。
（1）三角形网
非同步的独立观测边可以组成GPS网中的三角形边。并且依据地测量的经验可以知道：三角形边的几何结构强，而且具备出色的自检能力，能够及时有效的发现观测成果出现的问题,以此来保障网的可靠性。与此同时，经过平差后的网中相邻点间的基线向量的精度一般分布比较均匀。
（2）环形网
环形网的结构强度比三角形网的稍差。在大地测量和精密工程测量中使用的两种基本图形是：三角形网和环形网。在水利工程测量中，也能用它们作为首级控制网。在首级控制网精度并非很高而且测区范围不是很大的情况下，也可以采用附合线路和星形网的形式[3]。
2.1.2 GPS接收机的精度要求
现在，我国普遍使用的GPS接收机一般有单频机和双频机两种。单频机相对定位精度是10mm+1ppm×D；双频机相对定位精度是5mm+1ppm×D。以上两种都满足首级控制的精度要求。但是，按要求，单频机测量基线边长度一般不超过10km。
2.1.3数据预处理及平差计算
处理观测数据的基本过程包括：第一，预处理；第二，平差计算；第三，坐标系统的转换或者与已有地面网的联合平差。耐心地对原始数据编辑、加工与整合，仔细地分类出各种游泳信息，为平差计算作好充分的准备，这是预处理的主要目的。第二步，平差计算的主要内容：（1）同步观测同一基线边多历无同步观测值的平差计算。（2）GPS网平差:把上面提到的基线边的平差结果当作相关观测量进行网的整体平差。在WGS84坐标系统中进行整体平差。数据处理的最后一个过程是对GPS网与经典地面网进行联合平差和坐标系统的转换。经过这一最后阶段的处理，可以获得所需要的结果数据。
2.2图根控制
GPS作图根点控制测量的特点：
（1）使用的是单频机，机身轻，携带方便；
（2）采用附合路线。从一已知点出发,又回到这一已知点。由此可知，在控制点较少的测区内，也只需一个已知点，就可以进行测量。
（3）运用同济大学GPS快速定位软件，每一测站点的定位时间一般只需2-3分钟便可完成。使用GPS大比例尺地形图图根控制测量,，在水利水电工程测量中，可以起到很好的效果。
2.3变形监测
水负荷的重压可能引起水库水电站大坝变形，为了大坝的安全，需要对大坝变形连续精密地进行监测。GPS（全球定位系统）的精密定位技术可以满足监测工作的精度要求(1.0—0.1ppm)。并且也可以实现监测工作的自动化。譬如：全球定位系统接收机可很长一段时间安置在适当的位置，采用遥控装置操作，并以此来观察监测大坝的形变。并可以使用适当的数据传输技术，按时自动地将监测数据送到数据处理中心，方便以后进行处理和分析。
3.GPS技术在水利水电工程测量中的前景展望
在水利水电工程测量中，GPS的应用已获得了很好的效果。其具备经典测量方法不可比拟的优点。这些优势将使在其他方面获得更为广泛的应用。不久之后，随着GPS接收机的不断改良和国内数据后处理软件的不断开发与利用，这将促使GPS在应用领域和定位测量技术方面不断地拓宽和发展，并为以后促进测绘科技的发展和应用更好地服务[4]。
4.结语
这些年来，GPS（全球定位系统）精密定位技术在我国得到相当广泛的应用。无论是在大地测量中还是在工程测量或者变形监测更或者资源勘察等等方面，都取得了非常好的效果。成功经验以及良好的效果，充分地表明了GPS精密定位技術巨大的优越性和潜力。在新世纪里，GPS导航与定位技术一定会取得进一步的发展。并为我国经济建设、国防建设的进一步发展以及科学技术的不断进步发挥出更大更积极的作用。
【参考文献】
[1]张华海,金继读.GPS定位技术在地面形变测量中的应用[M].徐州:中国矿业大学出版社,2010：68-128.
[2]吝全奎.GPS测量技术在滑坡监测中的应用[J].西北水电,2012(2):32-33
[3]余学祥,徐绍锉,吕伟才.GPS变形监测信息的单历元解方法研究[J].测绘学报,2012,31(2): 123-127.
[4]易延光,毛志谦,艾晓东.GPS在水利水电工程测量中的应用及其前景展望[J]. 黑龙江水利科技,2009（2）.
作者简介：葛俊勇男汉族河南周口人1986年生助理工程师主要从事水利水电勘测设计工作
【关键词】GPS；水利水电；工程测量；应用前景
中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：
0.引言
GPS（全球定位系统）是到目前为止，世界上最先进和最完善的卫星导航系统与定位系统。它的特点不仅有全球性、全天候性、实时高精度，三维导航和定位能力这几点，而且还包括了具有良好的抗干扰和保密性。所以这引起了世界各国军事部门和广大民用部门的深切关注。GPS定位技术的高度自动化所达到的高精度以及其所具备的潜力，同时也引起测绘界的极力关注。特别是最近这几年来，GPS定位技术在应用基础的研究方面、新应用领域的开拓方面、软件和硬件的开发等等一系列方面都取得了快速发展，并在广泛的科学实验活动方面也展现出了极为广阔的发展前景[1]。
1.GPS测量技术的概述
全球定位系统，即GPS，它是“Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System，NAVSTAR/GPS”的英文缩写。它是以卫星的测时和测距进行导航，并构成全球定位的一种系统。现在，国际上已经公认地把这种全球定位系统简称为GPS。GPS (全称：全球定位系统)，是美国国防部在20世纪80年代研发成功的一种高精度卫星导航和定位系统。同时，它也是现代空间技术的又一次重大突破。它的建立是为了美国DOD（国防部）满足对军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求。这个系统是从1973年开始设计、研发的，历经20年在1993年的时候全部完成。到1994年年底为止，28颗GPS卫星全部发射完成,其定位工作开始正常进行。因此,对现在来说，不论在任何时候,在地球的任何地方,都可以接收到不少于6颗的GPS卫星发射的信号[2]。
GPS定位系统具有高度的精度性、全天候、连续性、速度快、费用低、方法种类多样和操作简单等一系列特点。这使其在水利水电工程测量及其相关学科领域得到了极其广泛的运用。
GPS卫星的主要作用是:第一，向用户连续发送定位信息；第二，接收和储存由地面监控站发来的卫星导航电文等信息,并适时发送给用户；第三，接收并执行由地面监控站发来的控制指令,适时地改正运行偏差和启用备用卫星等；第四，通过星载的高精度铷钟和铯钟,提供精密的时间标准。
近些年来，GPS在水利水电工程测量方面也获得了很大的发展。特别是在首级控制,碎部测量以及变形观测等各个方面,都得到了充分的应用。下面，本文将从其应用情况和效果作必要的论述,以及对它以后发展前景和优势作相关说明。
2.GPS在水利水电工程测量中的应用现状及优势
2.1首级控制
对于建立某一测区内的首级控制网，技术人员可以应用高精度的GPS进行相对定位技术。
2.1.1网的图形设计
全球定位系统首级控制网的基本图形一般是三边形或多边形，加密网点时也可取附合线路或者极坐标法这两种方法。
（1）三角形网
非同步的独立观测边可以组成GPS网中的三角形边。并且依据地测量的经验可以知道：三角形边的几何结构强，而且具备出色的自检能力，能够及时有效的发现观测成果出现的问题,以此来保障网的可靠性。与此同时，经过平差后的网中相邻点间的基线向量的精度一般分布比较均匀。
（2）环形网
环形网的结构强度比三角形网的稍差。在大地测量和精密工程测量中使用的两种基本图形是：三角形网和环形网。在水利工程测量中，也能用它们作为首级控制网。在首级控制网精度并非很高而且测区范围不是很大的情况下，也可以采用附合线路和星形网的形式[3]。
2.1.2 GPS接收机的精度要求
现在，我国普遍使用的GPS接收机一般有单频机和双频机两种。单频机相对定位精度是10mm+1ppm×D；双频机相对定位精度是5mm+1ppm×D。以上两种都满足首级控制的精度要求。但是，按要求，单频机测量基线边长度一般不超过10km。
2.1.3数据预处理及平差计算
处理观测数据的基本过程包括：第一，预处理；第二，平差计算；第三，坐标系统的转换或者与已有地面网的联合平差。耐心地对原始数据编辑、加工与整合，仔细地分类出各种游泳信息，为平差计算作好充分的准备，这是预处理的主要目的。第二步，平差计算的主要内容：（1）同步观测同一基线边多历无同步观测值的平差计算。（2）GPS网平差:把上面提到的基线边的平差结果当作相关观测量进行网的整体平差。在WGS84坐标系统中进行整体平差。数据处理的最后一个过程是对GPS网与经典地面网进行联合平差和坐标系统的转换。经过这一最后阶段的处理，可以获得所需要的结果数据。
2.2图根控制
GPS作图根点控制测量的特点：
（1）使用的是单频机，机身轻，携带方便；
（2）采用附合路线。从一已知点出发,又回到这一已知点。由此可知，在控制点较少的测区内，也只需一个已知点，就可以进行测量。
（3）运用同济大学GPS快速定位软件，每一测站点的定位时间一般只需2-3分钟便可完成。使用GPS大比例尺地形图图根控制测量,，在水利水电工程测量中，可以起到很好的效果。
2.3变形监测
水负荷的重压可能引起水库水电站大坝变形，为了大坝的安全，需要对大坝变形连续精密地进行监测。GPS（全球定位系统）的精密定位技术可以满足监测工作的精度要求(1.0—0.1ppm)。并且也可以实现监测工作的自动化。譬如：全球定位系统接收机可很长一段时间安置在适当的位置，采用遥控装置操作，并以此来观察监测大坝的形变。并可以使用适当的数据传输技术，按时自动地将监测数据送到数据处理中心，方便以后进行处理和分析。
3.GPS技术在水利水电工程测量中的前景展望
在水利水电工程测量中，GPS的应用已获得了很好的效果。其具备经典测量方法不可比拟的优点。这些优势将使在其他方面获得更为广泛的应用。不久之后，随着GPS接收机的不断改良和国内数据后处理软件的不断开发与利用，这将促使GPS在应用领域和定位测量技术方面不断地拓宽和发展，并为以后促进测绘科技的发展和应用更好地服务[4]。
4.结语
这些年来，GPS（全球定位系统）精密定位技术在我国得到相当广泛的应用。无论是在大地测量中还是在工程测量或者变形监测更或者资源勘察等等方面，都取得了非常好的效果。成功经验以及良好的效果，充分地表明了GPS精密定位技術巨大的优越性和潜力。在新世纪里，GPS导航与定位技术一定会取得进一步的发展。并为我国经济建设、国防建设的进一步发展以及科学技术的不断进步发挥出更大更积极的作用。
【参考文献】
[1]张华海,金继读.GPS定位技术在地面形变测量中的应用[M].徐州:中国矿业大学出版社,2010：68-128.
[2]吝全奎.GPS测量技术在滑坡监测中的应用[J].西北水电,2012(2):32-33
[3]余学祥,徐绍锉,吕伟才.GPS变形监测信息的单历元解方法研究[J].测绘学报,2012,31(2): 123-127.
[4]易延光,毛志谦,艾晓东.GPS在水利水电工程测量中的应用及其前景展望[J]. 黑龙江水利科技,2009（2）.
作者简介：葛俊勇男汉族河南周口人1986年生助理工程师主要从事水利水电勘测设计工作