论文部分内容阅读
摘 要GPS定位技术应用于水利工程测量是一项重要突破，具有很广阔的应用前景。本文介绍了GPS定位系统的组成和基本原理，以及发展现状，详细阐明了将定位技术应用到水利工程测量中高程测量、渠道管线测量、变形观测和水下地形测绘的具体方法，得出定位技术在工程测量工作中应用前景广阔的结论，并提出了应该注意的问题，将GPS定位技术与传统测量方法相结合将大大提高工作效率。
关键词GPS技术；水利工程；测量方法
中图分类号TV221文献标识码A文章编号1673-9671-(2012)041-0098-02
随着科技水平的快速发展，工程测量的技术也在不断提升，先进的测量设备和测量方法为水利测量工作带来了方便，大大提高了工作效率。GPS定位技术是以卫星为基础的无线电卫星导航系统，它具有全天候观测、定位精度高、观测时间短和操作便捷的优势，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。
GPS（Global Positioning System），即全球定位系统，该系统最早是美国军方联合研制出来的一种卫星导航定位系统。随着科技的不断发展，该技术已经从单纯的军用发展到了民间普及的程度。目前，大量的GPS导航仪出现在汽车标配中，有的手机甚至也有了GPS导航功能。此外，近年来，随着建筑测量行业的不断发展，GPS技术也开始大规模的应用在各类建筑测量项目中。GPS由于其技术特性决定的精度高、定位准、时间短、操作快等特点，迅速在测量领域占据非常重要的地位。
1GPS定位系统
1.1基本组成和原理
GPS是指在全球范围内进行实时定位、导航的系统，称为全球定位系统。GPS定位系统分为卫星组成的空间部分、监测控制和天线组成的地面部分以及GPS信号接收机三大部分。利用GPS定位卫星，必须具备监控平台、传输网络和GPS终端三个要素，这三个要素缺一不可。GPS定位的定位原理是将高速运动的工作卫星所处的瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如下图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的不同方向的卫星发射的其他数据可以确定以下四个方程式：
通过计算就能够确定待测点在三维空间上的位置。
1.2优势与发展现状
GPS卫星定位由于工作卫星分布均匀所以定位精度高，且能够全天候观测，定位系统还具有观测时间短、操作便捷的优点。在一个观测站点上如果需要连续较长时间观测，可以将观测的数据通过数据通讯传输到数据处理中心。为了让GPS定位技术更加广泛的应用到各个领域，目前正在向三个方面发展：一是导航系统的多系统并存，可以大大提高系统可用性，扩大应用领域；二是推广应用多元组合导航技术，主要是GPS与移动通信基站定位、航位推算技术等的组合应用；三是卫星导航与无线通信等其他高技术相结合，如GPS接收机嵌入到蜂窝电话、便携式PC、PDA和手表等电子产品中，从根本上促进了IT技术的整体发展。 由于GPS定位系统向全自动化方向发展，日趋智能化，并且定位仪器越来越轻便，所以为测量工作者带来了极大的方便。
2GPS定位技术在水利测量中的应用
2.1高程测量
GPS定位技术在高程测量中的应用，就是对地面上的测量点进行三维定位，通过对工作卫星发射出的电波信号分析解读之后，直接读出大地高再经过水准测量得出高程异差和正常高，并得到目标地点的三维坐标值。首先测量所有目标测量区域内观测点的大地高e，再通过水准测量方法测量出观测点的正常高d，利用计算式高程差异q=e-d就能够得出目标观测点的高程异差。这一系列操作依次完成之后，运用GPS水准高程测量方法联测区域网中公共点的正常高，求出公共点的高程异差后，运用数据拟合方法计算出目标测量区域内其他观测点的正常高。
2.2渠道管线测量
水利工程测量中另一个重要的组成部分是渠道管线测量，它具有线性放射分散分布的特点。渠道管线测量工作需要消耗大量人力物力，传统方式采用全站仪或者半站仪对渠道管线纵断面进行测量，地形地貌特征以及天气气候变化都会对测量工作带来较大的干扰，这也是传统测量方式测量精度差、效率低的原因。近几年来GPS技术不断提高和发展，应用也越来越广泛，在渠道管线的测量工作中也得到了普及。在渠道管线测量工作中运用GPS定位技术，可以实现全天候作业，不会受到天气及地形地貌等环境的影响，可以使工作效率得到提高。同时GPS定位技术可以弥补传统管线测量工作通视条件限制的缺陷，使测量工作不受限制。利用GPS定位技术只要有设计高程、转角等技术参数，就可以很直接的确定目标观测点。这种测量方式相比于传统测量方法大大提高了工作效率，减少工作人员数量和节约设备资源。
2.3变形观测和地形观测
在水利工程中，需要对水利建筑的地基、水库大坝及堤坝外围的位移、倾斜和沉降等变形情况进行监测。由于被观测的构筑物外围尺寸大，环境危险，所以需要较高的测量技术。传统测量方法中监测地基的沉降主要靠水准测量方法，利用三角测量的方法测量整体的倾斜和水平方向位移。GPS技术运用到变形观测中，可以在远离大坝的位置安置GPS接收机并选取几个基准点，同时在发生变形的区域内也安置GPS定位机并选取观测点，通过自动地不間断观测将数据传送到数据处理中心，经过计算后得到变形数据。而在水下地形观测工作中，传统测量方法同样遇到工作难度大的困扰。利用GPS技术可以很好解决这个问题，在测量水深之前在两个已知点安放GPS接收机，通过测得的数据计算出转化参数。然后对水下观测点进行定位观测，通过转化得到水下深度等数据，再利用相应软件得到水下地形图。
3定位技术在工程测量中的发展
3.1优势
在水利工程测量中应用GPS定位技术，可以使测量作业达到高效率、高精度且能实现自由选取基准点，与传统的测量定位方法相比较，具有以下优势：可以更灵活自由的选择水利工程测量控制网基准点，不要求各个基点之间相互通视，基点的位置和数目变化不会影响测量的精度。一次性将控制网准确定位，不会有误差的积累，提高了定位精度。在控制网上只是利用基准点来确定计算起点和起算方向，即使某一个基准点观测数据被破坏仍然不影响整个观测控制网。使用计算机对观测数据进行数据测定和分析能够避免人为因素导致的误差。
3.2注意问题
GPS定位技术在给水利工程测量带来便利的同时也存在着一些问题，GPS定位技术是计算机将信号接收机接收的信号进行处理后得到的观测点的坐标，所以信号接收是关键因素，如果信号接收受到干扰或被中断，将会使测量基准点的数据不准确或者接收不到数据，给测量工作带来误差。因此在水利工程测量中不能完全依赖GPS定位技术，也应该适当配合使用常规的测量仪器，例如水准仪、全站仪等，这样才能真正保障测量工作的高精度。另外，将GPS静态定位技术和动态定位技术相结合，可以提高水利工程平面控制测量的精确度。
3.3发展趋势
随着水利工程测量行业内硬件设施和软件技术的发展和提升，测量工作已经能够实现CAD绘图等功能，部分软件还将实现测量绘图数字化统一。尽量减少数据传送、输入、转抄等不必要的中间过程，实现测量、设计和施工及后期管理一体化，顺应水利工程“内作业与外作业一体化”的发展要求，是水利工程发展的关键因素。目前水利工程常规测量方法，选用了电子水准仪、电子全站仪等先进设备，但是仍然会受到工作环境的影响和条件的限制，而通过GPS静态定位方法进行总体控制网测量，并依此绘制纵横断面图或地形图非常便捷。所以引进GPS定位技术是最佳选择，具有广阔前景。
总而言之，将GPS技术应用到水利工程测量中，是水利工程测量工作的革命性突破，其高精度、全天候、无通视的优势大大提高了测量的精准度，而方便的操作流程也能够节省大量人力物力，提高了工作效率。随着GPS技术的不断改进，水利工程测量将更加广泛地运用定位技术及实时动态定位，更大程度地提高水利工程测量工作效率。
参考文献
[1]王志明.基于卫星定位技术的几种测量方式在实际应用中的分析与比较[J].西部资源,2011,03.
[2]张绪鹏,于凤琴.GPS拟合高程技术浅谈[J].山东水利,2005,01.
[3]李征航,刘志赵.利用GPS定位技术进行大坝变形观测的研究[J].武汉水利电力大学学报,1996,06.
[4]李冬韩.GPS定位技术在水利水电工程测量中的应用[J].中国科技纵横,2010,07.
关键词GPS技术；水利工程；测量方法
中图分类号TV221文献标识码A文章编号1673-9671-(2012)041-0098-02
随着科技水平的快速发展，工程测量的技术也在不断提升，先进的测量设备和测量方法为水利测量工作带来了方便，大大提高了工作效率。GPS定位技术是以卫星为基础的无线电卫星导航系统，它具有全天候观测、定位精度高、观测时间短和操作便捷的优势，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。
GPS（Global Positioning System），即全球定位系统，该系统最早是美国军方联合研制出来的一种卫星导航定位系统。随着科技的不断发展，该技术已经从单纯的军用发展到了民间普及的程度。目前，大量的GPS导航仪出现在汽车标配中，有的手机甚至也有了GPS导航功能。此外，近年来，随着建筑测量行业的不断发展，GPS技术也开始大规模的应用在各类建筑测量项目中。GPS由于其技术特性决定的精度高、定位准、时间短、操作快等特点，迅速在测量领域占据非常重要的地位。
1GPS定位系统
1.1基本组成和原理
GPS是指在全球范围内进行实时定位、导航的系统，称为全球定位系统。GPS定位系统分为卫星组成的空间部分、监测控制和天线组成的地面部分以及GPS信号接收机三大部分。利用GPS定位卫星，必须具备监控平台、传输网络和GPS终端三个要素，这三个要素缺一不可。GPS定位的定位原理是将高速运动的工作卫星所处的瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如下图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的不同方向的卫星发射的其他数据可以确定以下四个方程式：
通过计算就能够确定待测点在三维空间上的位置。
1.2优势与发展现状
GPS卫星定位由于工作卫星分布均匀所以定位精度高，且能够全天候观测，定位系统还具有观测时间短、操作便捷的优点。在一个观测站点上如果需要连续较长时间观测，可以将观测的数据通过数据通讯传输到数据处理中心。为了让GPS定位技术更加广泛的应用到各个领域，目前正在向三个方面发展：一是导航系统的多系统并存，可以大大提高系统可用性，扩大应用领域；二是推广应用多元组合导航技术，主要是GPS与移动通信基站定位、航位推算技术等的组合应用；三是卫星导航与无线通信等其他高技术相结合，如GPS接收机嵌入到蜂窝电话、便携式PC、PDA和手表等电子产品中，从根本上促进了IT技术的整体发展。 由于GPS定位系统向全自动化方向发展，日趋智能化，并且定位仪器越来越轻便，所以为测量工作者带来了极大的方便。
2GPS定位技术在水利测量中的应用
2.1高程测量
GPS定位技术在高程测量中的应用，就是对地面上的测量点进行三维定位，通过对工作卫星发射出的电波信号分析解读之后，直接读出大地高再经过水准测量得出高程异差和正常高，并得到目标地点的三维坐标值。首先测量所有目标测量区域内观测点的大地高e，再通过水准测量方法测量出观测点的正常高d，利用计算式高程差异q=e-d就能够得出目标观测点的高程异差。这一系列操作依次完成之后，运用GPS水准高程测量方法联测区域网中公共点的正常高，求出公共点的高程异差后，运用数据拟合方法计算出目标测量区域内其他观测点的正常高。
2.2渠道管线测量
水利工程测量中另一个重要的组成部分是渠道管线测量，它具有线性放射分散分布的特点。渠道管线测量工作需要消耗大量人力物力，传统方式采用全站仪或者半站仪对渠道管线纵断面进行测量，地形地貌特征以及天气气候变化都会对测量工作带来较大的干扰，这也是传统测量方式测量精度差、效率低的原因。近几年来GPS技术不断提高和发展，应用也越来越广泛，在渠道管线的测量工作中也得到了普及。在渠道管线测量工作中运用GPS定位技术，可以实现全天候作业，不会受到天气及地形地貌等环境的影响，可以使工作效率得到提高。同时GPS定位技术可以弥补传统管线测量工作通视条件限制的缺陷，使测量工作不受限制。利用GPS定位技术只要有设计高程、转角等技术参数，就可以很直接的确定目标观测点。这种测量方式相比于传统测量方法大大提高了工作效率，减少工作人员数量和节约设备资源。
2.3变形观测和地形观测
在水利工程中，需要对水利建筑的地基、水库大坝及堤坝外围的位移、倾斜和沉降等变形情况进行监测。由于被观测的构筑物外围尺寸大，环境危险，所以需要较高的测量技术。传统测量方法中监测地基的沉降主要靠水准测量方法，利用三角测量的方法测量整体的倾斜和水平方向位移。GPS技术运用到变形观测中，可以在远离大坝的位置安置GPS接收机并选取几个基准点，同时在发生变形的区域内也安置GPS定位机并选取观测点，通过自动地不間断观测将数据传送到数据处理中心，经过计算后得到变形数据。而在水下地形观测工作中，传统测量方法同样遇到工作难度大的困扰。利用GPS技术可以很好解决这个问题，在测量水深之前在两个已知点安放GPS接收机，通过测得的数据计算出转化参数。然后对水下观测点进行定位观测，通过转化得到水下深度等数据，再利用相应软件得到水下地形图。
3定位技术在工程测量中的发展
3.1优势
在水利工程测量中应用GPS定位技术，可以使测量作业达到高效率、高精度且能实现自由选取基准点，与传统的测量定位方法相比较，具有以下优势：可以更灵活自由的选择水利工程测量控制网基准点，不要求各个基点之间相互通视，基点的位置和数目变化不会影响测量的精度。一次性将控制网准确定位，不会有误差的积累，提高了定位精度。在控制网上只是利用基准点来确定计算起点和起算方向，即使某一个基准点观测数据被破坏仍然不影响整个观测控制网。使用计算机对观测数据进行数据测定和分析能够避免人为因素导致的误差。
3.2注意问题
GPS定位技术在给水利工程测量带来便利的同时也存在着一些问题，GPS定位技术是计算机将信号接收机接收的信号进行处理后得到的观测点的坐标，所以信号接收是关键因素，如果信号接收受到干扰或被中断，将会使测量基准点的数据不准确或者接收不到数据，给测量工作带来误差。因此在水利工程测量中不能完全依赖GPS定位技术，也应该适当配合使用常规的测量仪器，例如水准仪、全站仪等，这样才能真正保障测量工作的高精度。另外，将GPS静态定位技术和动态定位技术相结合，可以提高水利工程平面控制测量的精确度。
3.3发展趋势
随着水利工程测量行业内硬件设施和软件技术的发展和提升，测量工作已经能够实现CAD绘图等功能，部分软件还将实现测量绘图数字化统一。尽量减少数据传送、输入、转抄等不必要的中间过程，实现测量、设计和施工及后期管理一体化，顺应水利工程“内作业与外作业一体化”的发展要求，是水利工程发展的关键因素。目前水利工程常规测量方法，选用了电子水准仪、电子全站仪等先进设备，但是仍然会受到工作环境的影响和条件的限制，而通过GPS静态定位方法进行总体控制网测量，并依此绘制纵横断面图或地形图非常便捷。所以引进GPS定位技术是最佳选择，具有广阔前景。
总而言之，将GPS技术应用到水利工程测量中，是水利工程测量工作的革命性突破，其高精度、全天候、无通视的优势大大提高了测量的精准度，而方便的操作流程也能够节省大量人力物力，提高了工作效率。随着GPS技术的不断改进，水利工程测量将更加广泛地运用定位技术及实时动态定位，更大程度地提高水利工程测量工作效率。
参考文献
[1]王志明.基于卫星定位技术的几种测量方式在实际应用中的分析与比较[J].西部资源,2011,03.
[2]张绪鹏,于凤琴.GPS拟合高程技术浅谈[J].山东水利,2005,01.
[3]李征航,刘志赵.利用GPS定位技术进行大坝变形观测的研究[J].武汉水利电力大学学报,1996,06.
[4]李冬韩.GPS定位技术在水利水电工程测量中的应用[J].中国科技纵横,2010,07.