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【摘 要】 随着空间技术、信息技术和计算机技术的发展，GPS技术给测量技术和手段带来了革命性的变革。水利工程测量中的控制测量、大比例尺地形图测绘、施工测量、征地占迁测量等作业中，最主要的测量设备就是GPS。GPS技术应用在水利工程测量中极大地提高了工作效率，节约了成本。
【关键词】 GPS技术；水利工程；测量；应用
引言：
近年来缺水干旱、地下水超采造成的地下水位下降和地面沉降、山洪灾害给我国的工农业生产和城市建设带来重大损失，给人民的生命财产安全带来了很大威胁。为了改善这种现状，我省实施了大中小型水库、泵站和闸涵除险加固工程，河流、蓄滞洪区治理工程，跨流域、跨区调水工程，这些项目的实施都离不开工程测量。随着空间技术、信息技术和计算机技术的发展，GPS技术给测量技术和手段带来了革命性的变革。GPS技术应用在水利工程建设中极大地提高了工作效率，节约了成本。
1 GPS技术的发展
GPS又称全球卫星定位系统（Global Positioning System），是美国于上世纪末建设完成的卫星定位系统。GPS是由空间卫星、地面控制和用户设备等部分组成。GPS测量技术能够快速、高效、准确地提供地面点的位置信息，它具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于导航、大地测量、工程测量、摄影测量、土地利用调查等多领域。现在GPS技术与现代通信技术的结合，使得GPS测量方法从静态发展到动态，从数据后处理发展到实时的定位。载波相位差分技术可以极大提高GPS的相对定位精度，在小范围内可以达到厘米级精度，可以满足各等级的控制网的测量要求。
2 GPS技术在水利工程测量中的应用
水利工程测量任务主要包括控制测量、大比例尺地形图测绘、施工测量、变形监测等。水利工程测量各等级平面控制网施测都可以使用GPS测量完成。
2.1 GPS控制网选点：
GPS控制点一般应选在基础稳定、视野开阔、环境影響小，便于埋石、观测和保存处。
远离大功率电台、微波站和高压线，避免电磁场对GPS信号的影响。
远离大面积水域和对GPS信号有反射影响的物体，减小多路径效应对GPS信号的干扰。
应选在易于安置仪器和视野开阔的地方，以减少对流层折射的影响。
2.2 GPS控制网的布设
工程测量GPS控制网的布设形式主要有同步图形扩展式、多基准站式和单基准站式。同步图形扩展式是工程测量GPS测量最常用的一种布网方式，它具有扩展速度快，图形强度高，作业简单等优势。同步扩展式GPS网的观测方式有点连式、边连式、网连式和混连式。水利工程测量控制网根据测区范围和环境条件选择观测方式：主要有点连式和边连式。点连式图形扩展快，作业效率高，缺点是图形强度不高，边连式可兼获较好的图形强度和作业效率。
2.3 GPS数据处理
GPS数据处理包括粗加工、预处理、基线解算、基线网平差和精度评定等。
粗加工：下载GPS观测数据，对外业输入数据的检查和修改。
预处理：包括GPS轨道方程标准化、时钟多项式拟合标准化、观测值文件标准化、观测值模型改正和计算观测点伪距定位坐标。
基线解算：基线解算采用最小二乘法，基线解算控制参数的选择对基线解算精度有至关重要的影响：包括卫星高度角、处理数据类型、收敛标准、最多迭代数、模糊度固定原则、RMS等。
2.4基线网平差
首先在WGS-84坐标系统下进行三维无约束平差以检查网本身的精度、基线之间有无明显的粗差和系统误差。然后在地方椭球坐标或平面坐标系下进行约束平差计以算三维大地坐标或平面坐标。
2.5地形图测绘
地形图测绘一般以GPS RTK方式实施。RTK测量是将一台GPS架设在已知点上（基准站），另外的一台或多台接受机（流动站）放在待测点上。基准站和流动站同时采集卫星信号，基准站在接受卫星信号同时通过数据链将其观测值和基准站坐标信息传送给流动站，流动站将接受到的基准站数据与本机采集的GPS数据组成差分观测值进行实时处理得到待测点三维坐标。
RTK技术的特点
RTK测量在一般平原地区测量半径能够达到3～5km，大大减少了常规测量的控制点布点密度和迁站次数，而且测站点和待测点间不需要通视。
RTK测量没有误差累计，在一定的测量半径范围内都能达到厘米级精度。
RTK测量不要求两点间通视，受地形、气候影响较小。
由于RTK数据链是直线传播，易受高大障碍物影响，所以基准站最好架设在地形较高处，这样流动站测量半径更远，定位速度更快，定位精度也较高。
2.6 GPS高程的利用
常规的高程测量一般采用几何水准测量，虽然精度较高，但作业效率低，成本也较高。GPS高程是在GPS测量中求得的高精度的相对于WGS-84椭球的大地高H。而我国的高程系统采用的是以似大地水准面为参考面的正常高Hr，两者相差一个高程异常ξ（ξ=H-Hr）。如果能求得高程异常ξ，就能利用GPS测得的大地高H得到我们需要的正常高h。近年来，经过广大测绘工作者的理论研究和实践，GPS拟合高程的精度已经可以满足四等水准测量的精度要求。对于水利工程测量来说，已经可以满足通常的控制测量、施工测量、地形测绘和断面测量的要求。目前解决这一问题的办法就是通过选取测区内一定数量的GPS点和几何水准重合点对测区范围高程面进行拟合，根据拟合似大地水准面求解待测点工程。
GPS高程拟合方法主要有三种：
绘等值线图解法：利用测区内一定数量GPS和几何水准点重合点，绘出测区的高程异常等值曲线图，通过内插法图解求得待测点高程。此方法简单实用，适合小范围测量。
解析内插法：利用部分GPS和水准高程重合点拟合出一条高程曲线，然后用解析内插法求得待测点高程。
曲面拟合法：利用合理分布于测区的部分GPS和水准重合点，用数学模型公式拟合出似大地水准面，然后依据数学模型公式解析待测点高程。
在桑干河河道治理工程测量中，共布设了30个GPS控制点，选择了测区内分布均匀的7个GPS点进行四等水准联测，采用曲面拟合法拟合测区水准面。为检验拟合高程精度，经四等水准联测3个拟合高程点，联测高程与拟合高程相差最大为22mm，满足中误差限差不大于44mm的四等水准精度。
3 结束语
GPS选点距离大功率电台或高压线要有足够的距离，再少在200m以外，否则对GPS信号质量影响较大。
受地形和建筑的影响RTK测量半径大幅减小，RTK高程测量误差与距离有关，测量半径较远时应适当进行高程校验。
GPS高程拟合重合点选取尽可能均匀分布，并照顾到测区边缘和形变化大的地。GPS拟合高程的精度与测区地形、重合点选取和密度有关，对GPS拟合高程应有必要的验证。
参考文献：
[1]徐邵铨，张华海，杨志强.GPS测量原理及应用[J].武汉：武汉大学出版社，2007，12（2）.
[2]GB/T 18314-2009，全球定位系统（GPS）测量规范[S].
[3]CH/T 2009-2010，全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范[S].
[4]刘大杰、施一民等。定位（GPS）系统原理与数据处理[M].同济大学出版社，1997，1.
[5]高连胜.GPS技术在水利工程测量中的应用[J].测绘与空间地理信息，2010，03.
【关键词】 GPS技术；水利工程；测量；应用
引言：
近年来缺水干旱、地下水超采造成的地下水位下降和地面沉降、山洪灾害给我国的工农业生产和城市建设带来重大损失，给人民的生命财产安全带来了很大威胁。为了改善这种现状，我省实施了大中小型水库、泵站和闸涵除险加固工程，河流、蓄滞洪区治理工程，跨流域、跨区调水工程，这些项目的实施都离不开工程测量。随着空间技术、信息技术和计算机技术的发展，GPS技术给测量技术和手段带来了革命性的变革。GPS技术应用在水利工程建设中极大地提高了工作效率，节约了成本。
1 GPS技术的发展
GPS又称全球卫星定位系统（Global Positioning System），是美国于上世纪末建设完成的卫星定位系统。GPS是由空间卫星、地面控制和用户设备等部分组成。GPS测量技术能够快速、高效、准确地提供地面点的位置信息，它具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于导航、大地测量、工程测量、摄影测量、土地利用调查等多领域。现在GPS技术与现代通信技术的结合，使得GPS测量方法从静态发展到动态，从数据后处理发展到实时的定位。载波相位差分技术可以极大提高GPS的相对定位精度，在小范围内可以达到厘米级精度，可以满足各等级的控制网的测量要求。
2 GPS技术在水利工程测量中的应用
水利工程测量任务主要包括控制测量、大比例尺地形图测绘、施工测量、变形监测等。水利工程测量各等级平面控制网施测都可以使用GPS测量完成。
2.1 GPS控制网选点：
GPS控制点一般应选在基础稳定、视野开阔、环境影響小，便于埋石、观测和保存处。
远离大功率电台、微波站和高压线，避免电磁场对GPS信号的影响。
远离大面积水域和对GPS信号有反射影响的物体，减小多路径效应对GPS信号的干扰。
应选在易于安置仪器和视野开阔的地方，以减少对流层折射的影响。
2.2 GPS控制网的布设
工程测量GPS控制网的布设形式主要有同步图形扩展式、多基准站式和单基准站式。同步图形扩展式是工程测量GPS测量最常用的一种布网方式，它具有扩展速度快，图形强度高，作业简单等优势。同步扩展式GPS网的观测方式有点连式、边连式、网连式和混连式。水利工程测量控制网根据测区范围和环境条件选择观测方式：主要有点连式和边连式。点连式图形扩展快，作业效率高，缺点是图形强度不高，边连式可兼获较好的图形强度和作业效率。
2.3 GPS数据处理
GPS数据处理包括粗加工、预处理、基线解算、基线网平差和精度评定等。
粗加工：下载GPS观测数据，对外业输入数据的检查和修改。
预处理：包括GPS轨道方程标准化、时钟多项式拟合标准化、观测值文件标准化、观测值模型改正和计算观测点伪距定位坐标。
基线解算：基线解算采用最小二乘法，基线解算控制参数的选择对基线解算精度有至关重要的影响：包括卫星高度角、处理数据类型、收敛标准、最多迭代数、模糊度固定原则、RMS等。
2.4基线网平差
首先在WGS-84坐标系统下进行三维无约束平差以检查网本身的精度、基线之间有无明显的粗差和系统误差。然后在地方椭球坐标或平面坐标系下进行约束平差计以算三维大地坐标或平面坐标。
2.5地形图测绘
地形图测绘一般以GPS RTK方式实施。RTK测量是将一台GPS架设在已知点上（基准站），另外的一台或多台接受机（流动站）放在待测点上。基准站和流动站同时采集卫星信号，基准站在接受卫星信号同时通过数据链将其观测值和基准站坐标信息传送给流动站，流动站将接受到的基准站数据与本机采集的GPS数据组成差分观测值进行实时处理得到待测点三维坐标。
RTK技术的特点
RTK测量在一般平原地区测量半径能够达到3～5km，大大减少了常规测量的控制点布点密度和迁站次数，而且测站点和待测点间不需要通视。
RTK测量没有误差累计，在一定的测量半径范围内都能达到厘米级精度。
RTK测量不要求两点间通视，受地形、气候影响较小。
由于RTK数据链是直线传播，易受高大障碍物影响，所以基准站最好架设在地形较高处，这样流动站测量半径更远，定位速度更快，定位精度也较高。
2.6 GPS高程的利用
常规的高程测量一般采用几何水准测量，虽然精度较高，但作业效率低，成本也较高。GPS高程是在GPS测量中求得的高精度的相对于WGS-84椭球的大地高H。而我国的高程系统采用的是以似大地水准面为参考面的正常高Hr，两者相差一个高程异常ξ（ξ=H-Hr）。如果能求得高程异常ξ，就能利用GPS测得的大地高H得到我们需要的正常高h。近年来，经过广大测绘工作者的理论研究和实践，GPS拟合高程的精度已经可以满足四等水准测量的精度要求。对于水利工程测量来说，已经可以满足通常的控制测量、施工测量、地形测绘和断面测量的要求。目前解决这一问题的办法就是通过选取测区内一定数量的GPS点和几何水准重合点对测区范围高程面进行拟合，根据拟合似大地水准面求解待测点工程。
GPS高程拟合方法主要有三种：
绘等值线图解法：利用测区内一定数量GPS和几何水准点重合点，绘出测区的高程异常等值曲线图，通过内插法图解求得待测点高程。此方法简单实用，适合小范围测量。
解析内插法：利用部分GPS和水准高程重合点拟合出一条高程曲线，然后用解析内插法求得待测点高程。
曲面拟合法：利用合理分布于测区的部分GPS和水准重合点，用数学模型公式拟合出似大地水准面，然后依据数学模型公式解析待测点高程。
在桑干河河道治理工程测量中，共布设了30个GPS控制点，选择了测区内分布均匀的7个GPS点进行四等水准联测，采用曲面拟合法拟合测区水准面。为检验拟合高程精度，经四等水准联测3个拟合高程点，联测高程与拟合高程相差最大为22mm，满足中误差限差不大于44mm的四等水准精度。
3 结束语
GPS选点距离大功率电台或高压线要有足够的距离，再少在200m以外，否则对GPS信号质量影响较大。
受地形和建筑的影响RTK测量半径大幅减小，RTK高程测量误差与距离有关，测量半径较远时应适当进行高程校验。
GPS高程拟合重合点选取尽可能均匀分布，并照顾到测区边缘和形变化大的地。GPS拟合高程的精度与测区地形、重合点选取和密度有关，对GPS拟合高程应有必要的验证。
参考文献：
[1]徐邵铨，张华海，杨志强.GPS测量原理及应用[J].武汉：武汉大学出版社，2007，12（2）.
[2]GB/T 18314-2009，全球定位系统（GPS）测量规范[S].
[3]CH/T 2009-2010，全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范[S].
[4]刘大杰、施一民等。定位（GPS）系统原理与数据处理[M].同济大学出版社，1997，1.
[5]高连胜.GPS技术在水利工程测量中的应用[J].测绘与空间地理信息，2010，03.