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摘要：GPS技术应用于水利工程测量是水利工程测量外业勘测的一项重大技术革命,其应用及开发的前景十分广阔。尤其是实时动态定位技术(RTK)在水利工程测量中蕴含着巨大的技术潜力。
关键词： GPS技术水利工程测量应用
中图分类号：O434.19文献标识码：A文章编号：
引言
随着科技水平的发展，水利工程测量中，先进的测量方法和设备，生产力的提高不断地进入我们生产和生活中。GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航系统，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航和定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性，在水利工程测量中的应用越来越广泛。
1.GPS技术发展现状
全球定位系统GPS(Global Positioning System)是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统,具有全球性、全天候、连续性、实时性导航定位和定时功能,能为各类用户提供精密的3维坐标、速度和时间。单点导航定位与相对测地定位是GPS应用的两个方面;对常规测量而言相对测地定位是主要的应用方式。
相对测地定位是利用L1和L2载波相位观测值实现高精度测量。其原理是采用载波相位测量局域差分法:
在接收机之间求一次差,在接收机和卫星观测历元之间求二次差,通过两次差分计算解算出待定基线的长度;求解整周模糊度是其关键技术,根据算法模型,设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。静态作业模式主要用于地壳变形观测、国家大地测量、大坝变形观测等高精度测量;快速静态测量以其高效的作业效率与厘米级精度广泛应用于一般的水利工程测量;而RTK测量以其快速实时,厘米级精度等特点广泛应用于数据采集(如碎部测量)与工程放样中。RTK技术代表着GPS相对测地定位应用的主流。
GPS测地型接收设备是实现测地定位的基本条件,接收机有单频与双频之分,双频机能以L2观测值修正电离层折射影响,最适宜于中、长基线(大于20 km)测量,具有快速静态测量的功能,可升级为RTK功能;单频机适宜于小于20 km的短基线测量,对于一般水利工程测量具有良好的性能价格比。RTK系统由GPS接收设备、无线电通讯设备、电子手簿及配套设备组成,整套设备在轻量化、操作简便性、实时可靠性、厘米级精度等方面的特点,完全可以满足数据采集和水利工程放样的要求。鉴于GPS系统在轨卫星数有限,在对空通视受遮挡的条件下,不能保证正常解算,影响定位的精度和可靠性。实践表明,单频GPS系统由于多环境的制约,存在着很大的局限性。这种全天候、全地域、高精度的系统为用户提供了更为完善的接收设备,双星座系统的接收设备实现了GPS接收设备的新水平。
2.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,我省的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)技术的应用之中, RTK技术在水利工程中的应用,有着非常广阔的前景。下面就RTK技术在水利勘测中的应用作简单的介绍。
3.GPS测量在水利工程中的应用方式
3.1常规静态测量这种模式采用2台(或2台以上)GPS接收机，分别安置在1条或数条基线的两端，同步观测4颗以上卫星，每时段根据基线长度和测量等级观测45分钟以上的时间。这种模式一般可以达到5mm+1ppm的相对定位精度。常规静态测量常用于建立全球性或国家级大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。
3.2快速静态测量这种模式是在一个已知测站上安置l台GPS接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机依次到各待测测站，每测站观测数分钟。这种模式常用于控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。
3.3准动态测量这种模式是在一个已知测站上安置1台GPS接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机在进行初始化后依次到各待测测站，每测站观测几个历元数据。这种方法不同于快速静态，除了观测时间不一样外，它要求移动站在搬站过程中不能失锁，并且需要先在已知点或用其它方式进行初始化(采用有OTF功能的软件处理时例外)。
这种模式可用于开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量、剖面测量及线路测量等。需要注意的是這种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。
另外，有一种连续动态测量，也属于这种模式。这种测量是在一个基准点安置接收机连续跟踪所有可见卫星。流动接收机在初始化后开始连续运动，并按指定的时间间隔自动记录数据。这种方法常用于精密测定运动目标的轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。
3.4实时动态侧量前面讲述的测量方法都是在采集完数据后用特定的后处理软件进行处理，然后才能得到精度较高的测量结果。而实时动态测量则是实时得到高精度的测量结果。主要包括两方面的内容。
一是运载器的导航，GPS能对它所在的空中、地面或海洋上处于运动状态的载体的点位、速度、加速度、姿态等等一一加以实时确定，这些构成GPS导航的主要内容。
二是运载器的测控，GPS将这些空中、地面和海洋上载体的点位、速度、加速度、姿态等信息反馈给载体的控制中心，则构成对载体的测控。
这种模式具体方法是：在一个已知测站上架设GPS基准站接收机和数据链，连续跟踪所有可视GPS卫星信号，并通过数据链向流动站发送数据。流动站接收机通过流动站数据链接收基准站发射来的数据，并在机进行处理，从而实时得到流动站的高精度位置。
4.结束语
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,特别是实时动态定位(RTK)技术将在水利工程勘测、施工和堤坝监测以及管理方面有着广阔的应用前景。
参考文献：
1.徐绍铨，张华海，杨志强，等．GPS测量原理及应用(修订版)[M]．武汉：武汉大学出版社．2003．
2.杨波．GPS高程在水利水电工程的应用与探讨[J]．广东水利水电，2006，(增刊)：26～28．
3.马艳艳．全球定位系统(GPS)技术在水利工程中的应用[J]．山东水利，2009(1l～l2)：15．
关键词： GPS技术水利工程测量应用
中图分类号：O434.19文献标识码：A文章编号：
引言
随着科技水平的发展，水利工程测量中，先进的测量方法和设备，生产力的提高不断地进入我们生产和生活中。GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航系统，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航和定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性，在水利工程测量中的应用越来越广泛。
1.GPS技术发展现状
全球定位系统GPS(Global Positioning System)是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统,具有全球性、全天候、连续性、实时性导航定位和定时功能,能为各类用户提供精密的3维坐标、速度和时间。单点导航定位与相对测地定位是GPS应用的两个方面;对常规测量而言相对测地定位是主要的应用方式。
相对测地定位是利用L1和L2载波相位观测值实现高精度测量。其原理是采用载波相位测量局域差分法:
在接收机之间求一次差,在接收机和卫星观测历元之间求二次差,通过两次差分计算解算出待定基线的长度;求解整周模糊度是其关键技术,根据算法模型,设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。静态作业模式主要用于地壳变形观测、国家大地测量、大坝变形观测等高精度测量;快速静态测量以其高效的作业效率与厘米级精度广泛应用于一般的水利工程测量;而RTK测量以其快速实时,厘米级精度等特点广泛应用于数据采集(如碎部测量)与工程放样中。RTK技术代表着GPS相对测地定位应用的主流。
GPS测地型接收设备是实现测地定位的基本条件,接收机有单频与双频之分,双频机能以L2观测值修正电离层折射影响,最适宜于中、长基线(大于20 km)测量,具有快速静态测量的功能,可升级为RTK功能;单频机适宜于小于20 km的短基线测量,对于一般水利工程测量具有良好的性能价格比。RTK系统由GPS接收设备、无线电通讯设备、电子手簿及配套设备组成,整套设备在轻量化、操作简便性、实时可靠性、厘米级精度等方面的特点,完全可以满足数据采集和水利工程放样的要求。鉴于GPS系统在轨卫星数有限,在对空通视受遮挡的条件下,不能保证正常解算,影响定位的精度和可靠性。实践表明,单频GPS系统由于多环境的制约,存在着很大的局限性。这种全天候、全地域、高精度的系统为用户提供了更为完善的接收设备,双星座系统的接收设备实现了GPS接收设备的新水平。
2.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,我省的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)技术的应用之中, RTK技术在水利工程中的应用,有着非常广阔的前景。下面就RTK技术在水利勘测中的应用作简单的介绍。
3.GPS测量在水利工程中的应用方式
3.1常规静态测量这种模式采用2台(或2台以上)GPS接收机，分别安置在1条或数条基线的两端，同步观测4颗以上卫星，每时段根据基线长度和测量等级观测45分钟以上的时间。这种模式一般可以达到5mm+1ppm的相对定位精度。常规静态测量常用于建立全球性或国家级大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。
3.2快速静态测量这种模式是在一个已知测站上安置l台GPS接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机依次到各待测测站，每测站观测数分钟。这种模式常用于控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。
3.3准动态测量这种模式是在一个已知测站上安置1台GPS接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机在进行初始化后依次到各待测测站，每测站观测几个历元数据。这种方法不同于快速静态，除了观测时间不一样外，它要求移动站在搬站过程中不能失锁，并且需要先在已知点或用其它方式进行初始化(采用有OTF功能的软件处理时例外)。
这种模式可用于开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量、剖面测量及线路测量等。需要注意的是這种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。
另外，有一种连续动态测量，也属于这种模式。这种测量是在一个基准点安置接收机连续跟踪所有可见卫星。流动接收机在初始化后开始连续运动，并按指定的时间间隔自动记录数据。这种方法常用于精密测定运动目标的轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。
3.4实时动态侧量前面讲述的测量方法都是在采集完数据后用特定的后处理软件进行处理，然后才能得到精度较高的测量结果。而实时动态测量则是实时得到高精度的测量结果。主要包括两方面的内容。
一是运载器的导航，GPS能对它所在的空中、地面或海洋上处于运动状态的载体的点位、速度、加速度、姿态等等一一加以实时确定，这些构成GPS导航的主要内容。
二是运载器的测控，GPS将这些空中、地面和海洋上载体的点位、速度、加速度、姿态等信息反馈给载体的控制中心，则构成对载体的测控。
这种模式具体方法是：在一个已知测站上架设GPS基准站接收机和数据链，连续跟踪所有可视GPS卫星信号，并通过数据链向流动站发送数据。流动站接收机通过流动站数据链接收基准站发射来的数据，并在机进行处理，从而实时得到流动站的高精度位置。
4.结束语
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,特别是实时动态定位(RTK)技术将在水利工程勘测、施工和堤坝监测以及管理方面有着广阔的应用前景。
参考文献：
1.徐绍铨，张华海，杨志强，等．GPS测量原理及应用(修订版)[M]．武汉：武汉大学出版社．2003．
2.杨波．GPS高程在水利水电工程的应用与探讨[J]．广东水利水电，2006，(增刊)：26～28．
3.马艳艳．全球定位系统(GPS)技术在水利工程中的应用[J]．山东水利，2009(1l～l2)：15．