摘要 隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，大力推進(jìn)水利工程建設(shè)，對(duì)水利工程質(zhì)量具有更高要求。工程測(cè)量作為水利工程的基礎(chǔ)，GPS技術(shù)在水利工程測(cè)量中，被廣泛應(yīng)用。本文主要分析GPS在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 水利工程測(cè)量；GPS；應(yīng)用特點(diǎn)
實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)由數(shù)據(jù)傳輸和GPS技術(shù)所結(jié)合的系統(tǒng)，是GPS技術(shù)的創(chuàng)新，靜態(tài)定位測(cè)量是以觀測(cè)量載波相位為基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)差分的測(cè)量技術(shù)，它的工作模式有：動(dòng)態(tài)定位、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位、快速靜態(tài)定位、靜態(tài)定位等，若這些測(cè)量模式不結(jié)合數(shù)據(jù)傳輸，所定位的結(jié)果必須通過數(shù)據(jù)觀測(cè)后處理方可獲得。筆者根據(jù)自身多年的工程測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，對(duì)GPS在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用特點(diǎn)。
1 GPS系統(tǒng)組成
GPS全球定位系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控系統(tǒng)、空間衛(wèi)星群組成，另外，測(cè)量用戶需設(shè)置衛(wèi)星接收設(shè)備。
首先，空間衛(wèi)星群。它主要由20萬km、24顆衛(wèi)星群構(gòu)成，在6個(gè)軌道面均勻分布，各平面交角60度，地球赤道同軌道之間傾角為55度，衛(wèi)星軌道運(yùn)行周期11h/58min，確保任何地點(diǎn)地平線、任一時(shí)間，均可接收5顆～10顆衛(wèi)星信號(hào)。
其次，地面控制系統(tǒng)。它主要包含一個(gè)主控站、五個(gè)監(jiān)測(cè)站與二個(gè)注入站，主控站按照監(jiān)控站觀測(cè)GPS數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)衛(wèi)星鐘、星歷改正參數(shù)，通過注入站，把這些數(shù)據(jù)傳輸至衛(wèi)星中控制衛(wèi)星，發(fā)布指令給衛(wèi)星，對(duì)備用衛(wèi)星進(jìn)行調(diào)度。監(jiān)控站主要功能為接收衛(wèi)星信號(hào)，對(duì)衛(wèi)星工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。注入站的功能是計(jì)算主控站數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至衛(wèi)星。
第三，GPS用戶通過用戶設(shè)備、數(shù)據(jù)處理軟件和GPS接收機(jī)，接收GPS的衛(wèi)星信號(hào)，通過信號(hào)設(shè)施定位、導(dǎo)航。
2 GPS工作原理
GPS系統(tǒng)屬于全球定位技術(shù)，該技術(shù)已日趨成熟，逐漸運(yùn)用于工業(yè)、軍事、礦產(chǎn)、建筑等各個(gè)領(lǐng)域，目前已獲得較為明顯的成果。該技術(shù)具有高精度與高效率的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于傳統(tǒng)工程測(cè)量，通常需布置控制網(wǎng)，實(shí)施樁位放樣，大多使用全站儀、測(cè)距儀等儀器。而GPS系統(tǒng)完全不考慮氣候因素，不受地形環(huán)境影響，確保工程測(cè)量能夠高精度與高效率。主要由六個(gè)方面表現(xiàn)：
首先，動(dòng)態(tài)分析樁位放樣，樁位精確度誤差可控制于厘米級(jí)。
其次，構(gòu)建放樣平臺(tái)。利用GPS技術(shù)，可構(gòu)建放樣平臺(tái)，在施工平臺(tái)中設(shè)置鋼管樁放樣，有利于減少外業(yè)測(cè)量時(shí)間。
第三，偏心檢查。為確保精確度，可實(shí)現(xiàn)一物兩用，利用樁位偏心檢查技術(shù)，使工程測(cè)量效率顯著提升。使用GPS技術(shù)需注意，部分測(cè)量數(shù)據(jù)不能夠直接獲取，必須與其它測(cè)繪儀器相結(jié)合，方可順利完成工程測(cè)繪。
第四， GPS與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)可有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)測(cè)量定點(diǎn)與定時(shí)，現(xiàn)階段，通常采用靜態(tài)定位技術(shù)與快速的靜態(tài)定位技術(shù)。若采用靜態(tài)定位，需確保觀測(cè)時(shí)，不改變接收機(jī)的位置，因?yàn)橛?jì)算過程，接收機(jī)位置與時(shí)間無關(guān)，主要在工程頂線、基礎(chǔ)測(cè)量等高精度測(cè)量中使用。另外，因靜態(tài)定位的觀測(cè)時(shí)間一般較長(zhǎng)，若無特殊精度需求，在工程測(cè)量中不建議使用該技術(shù)。由于觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，進(jìn)而研發(fā)了快速靜態(tài)定位技術(shù)，該技術(shù)利用載波香味，觀測(cè)值可控制于毫米級(jí)，通過幾個(gè)歷元觀測(cè)，可達(dá)到厘米級(jí)定位需求。
第五，GPS信號(hào)。GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種頻率的載波信號(hào)，即頻率為1575.42MHz的L1載波和頻率為1227.60HMz的L2載波，它們的頻率分別是基本頻10.23MHz的154倍和120倍，它們的波長(zhǎng)分別為19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分別調(diào)制著多種信號(hào)，
第六，靜態(tài)定位。所謂靜態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時(shí)，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過程中的位置是保持不變的。也就是說，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)不隨時(shí)間的改變而改變的量。在測(cè)量中，靜態(tài)定位一般用于高精度的測(cè)量定位，其具體觀測(cè)模式多臺(tái)接收機(jī)在不同的測(cè)站上進(jìn)行靜止同步觀測(cè)，時(shí)間由幾分鐘、幾小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)不等。
3 GPS在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用特點(diǎn)
對(duì)于水利工程而言，它作為國(guó)家支柱性產(chǎn)業(yè)，提升水利工程的安全運(yùn)營(yíng)、工作效率，是目前急需解決的問題。運(yùn)營(yíng)管理、施工難度與工程規(guī)模較大，GPS技術(shù)可為水利工程新建、測(cè)量，提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，為實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)提供保障，因此，GPS技術(shù)在水利工程建設(shè)、管理提供重要保障。
首先，平面控制測(cè)量，GPS技術(shù)取代了傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量，按照工程實(shí)際情況，給予快速定位、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，給予部分碎部、控制網(wǎng)測(cè)量。確保高精確度，通過實(shí)踐顯示，GPS定位精度：50km內(nèi)可至6~10ppm對(duì)于高長(zhǎng)度工程精密定位，1h觀測(cè)，其平面位置誤差不大于1mm。同時(shí)，觀測(cè)時(shí)間較短，在20km內(nèi)可實(shí)現(xiàn)相對(duì)靜態(tài)定位，16min左右即可完成。通過GPS測(cè)量，任一基準(zhǔn)站、流動(dòng)站距離為14km以內(nèi)。對(duì)于流動(dòng)站，每站觀測(cè)僅幾秒即可。
其次，放樣測(cè)量。對(duì)于水利工程測(cè)量，選擇線路放樣與點(diǎn)放樣，在點(diǎn)放樣過程中，靜態(tài)網(wǎng)點(diǎn)、放樣點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，傳輸至GPS流動(dòng)站，按照所放點(diǎn)標(biāo)識(shí)，給予實(shí)地放樣，控制放樣精度于5cm內(nèi)。實(shí)施線路放樣時(shí)，按照室內(nèi)線路中心線，控制彎道元素的中心線，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、文件參數(shù)可傳輸至GPS流動(dòng)站，按照樁號(hào)同中心線、樁號(hào)同放點(diǎn)關(guān)系，給予現(xiàn)場(chǎng)放樣。
第三，航空攝影測(cè)量。對(duì)于水利工程而言，測(cè)量區(qū)域一般屬于狹長(zhǎng)條帶，通常線路較長(zhǎng)，測(cè)量區(qū)域的樹林茂密，通視條件不高，布設(shè)像空點(diǎn)比較分散，且點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離較遠(yuǎn)，選擇傳統(tǒng)控制測(cè)量，耗時(shí)、難以確保工期進(jìn)度、成果精度質(zhì)量，選擇GPS可容易解決上述問題，較短時(shí)間內(nèi)即可完成外業(yè)采集。
第四，高程測(cè)量。通過水準(zhǔn)測(cè)量，同GPS測(cè)量相結(jié)合，確定區(qū)域水準(zhǔn)高程，通過給累發(fā)那功夫，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)具有密度、水準(zhǔn)測(cè)量要求，分布通常較為均勻。通過高精度GPS定位技術(shù)，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)高程差進(jìn)行精密確定，按照建立水準(zhǔn)面數(shù)學(xué)模型，計(jì)算點(diǎn)異常差、高程異常，獲取特定點(diǎn)正常高程值。通過實(shí)踐顯示，選擇靜態(tài)定位方法，大地高差誤差為3ppm左右，若距離<20km，可達(dá)cm級(jí)。與高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)相結(jié)合，實(shí)施高程轉(zhuǎn)換，對(duì)于丘陵、平原地區(qū)，誤差可至±5cm，山區(qū)可至±15cm，取代四等水準(zhǔn)。
4 結(jié)論
綜上所述，GPS技術(shù)在水利工程測(cè)量中應(yīng)用，可取得良好的測(cè)量定位效果，有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力與經(jīng)濟(jì)效益。GPS技術(shù)應(yīng)用于水利工程測(cè)量，主要包含平面控制測(cè)量、放樣測(cè)量、航空攝影測(cè)量與高程測(cè)量等，具有測(cè)量時(shí)間短、控制高程誤差、測(cè)量數(shù)據(jù)高精度等優(yōu)點(diǎn)，可確保測(cè)量的可行性、可靠性和精度。
參考文獻(xiàn)
[1]陶歆貴.GPS RTK技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].銅業(yè)工程，2007(2)：10-12.
[2]李柏章.GPS系統(tǒng)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2013，19(5)：119-120.
[3]孫龍，劉善.GPS系統(tǒng)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].民營(yíng)科技，2013(1)：206.
[4]邵勇，吳立新.GPS在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013(23).
關(guān)鍵詞 水利工程測(cè)量；GPS；應(yīng)用特點(diǎn)
實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)由數(shù)據(jù)傳輸和GPS技術(shù)所結(jié)合的系統(tǒng)，是GPS技術(shù)的創(chuàng)新，靜態(tài)定位測(cè)量是以觀測(cè)量載波相位為基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)差分的測(cè)量技術(shù)，它的工作模式有：動(dòng)態(tài)定位、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位、快速靜態(tài)定位、靜態(tài)定位等，若這些測(cè)量模式不結(jié)合數(shù)據(jù)傳輸，所定位的結(jié)果必須通過數(shù)據(jù)觀測(cè)后處理方可獲得。筆者根據(jù)自身多年的工程測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，對(duì)GPS在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用特點(diǎn)。
1 GPS系統(tǒng)組成
GPS全球定位系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控系統(tǒng)、空間衛(wèi)星群組成，另外，測(cè)量用戶需設(shè)置衛(wèi)星接收設(shè)備。
首先，空間衛(wèi)星群。它主要由20萬km、24顆衛(wèi)星群構(gòu)成，在6個(gè)軌道面均勻分布，各平面交角60度，地球赤道同軌道之間傾角為55度，衛(wèi)星軌道運(yùn)行周期11h/58min，確保任何地點(diǎn)地平線、任一時(shí)間，均可接收5顆～10顆衛(wèi)星信號(hào)。
其次，地面控制系統(tǒng)。它主要包含一個(gè)主控站、五個(gè)監(jiān)測(cè)站與二個(gè)注入站，主控站按照監(jiān)控站觀測(cè)GPS數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)衛(wèi)星鐘、星歷改正參數(shù)，通過注入站，把這些數(shù)據(jù)傳輸至衛(wèi)星中控制衛(wèi)星，發(fā)布指令給衛(wèi)星，對(duì)備用衛(wèi)星進(jìn)行調(diào)度。監(jiān)控站主要功能為接收衛(wèi)星信號(hào)，對(duì)衛(wèi)星工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。注入站的功能是計(jì)算主控站數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至衛(wèi)星。
第三，GPS用戶通過用戶設(shè)備、數(shù)據(jù)處理軟件和GPS接收機(jī)，接收GPS的衛(wèi)星信號(hào)，通過信號(hào)設(shè)施定位、導(dǎo)航。
2 GPS工作原理
GPS系統(tǒng)屬于全球定位技術(shù)，該技術(shù)已日趨成熟，逐漸運(yùn)用于工業(yè)、軍事、礦產(chǎn)、建筑等各個(gè)領(lǐng)域，目前已獲得較為明顯的成果。該技術(shù)具有高精度與高效率的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于傳統(tǒng)工程測(cè)量，通常需布置控制網(wǎng)，實(shí)施樁位放樣，大多使用全站儀、測(cè)距儀等儀器。而GPS系統(tǒng)完全不考慮氣候因素，不受地形環(huán)境影響，確保工程測(cè)量能夠高精度與高效率。主要由六個(gè)方面表現(xiàn)：
首先，動(dòng)態(tài)分析樁位放樣，樁位精確度誤差可控制于厘米級(jí)。
其次，構(gòu)建放樣平臺(tái)。利用GPS技術(shù)，可構(gòu)建放樣平臺(tái)，在施工平臺(tái)中設(shè)置鋼管樁放樣，有利于減少外業(yè)測(cè)量時(shí)間。
第三，偏心檢查。為確保精確度，可實(shí)現(xiàn)一物兩用，利用樁位偏心檢查技術(shù)，使工程測(cè)量效率顯著提升。使用GPS技術(shù)需注意，部分測(cè)量數(shù)據(jù)不能夠直接獲取，必須與其它測(cè)繪儀器相結(jié)合，方可順利完成工程測(cè)繪。
第四， GPS與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)可有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)測(cè)量定點(diǎn)與定時(shí)，現(xiàn)階段，通常采用靜態(tài)定位技術(shù)與快速的靜態(tài)定位技術(shù)。若采用靜態(tài)定位，需確保觀測(cè)時(shí)，不改變接收機(jī)的位置，因?yàn)橛?jì)算過程，接收機(jī)位置與時(shí)間無關(guān)，主要在工程頂線、基礎(chǔ)測(cè)量等高精度測(cè)量中使用。另外，因靜態(tài)定位的觀測(cè)時(shí)間一般較長(zhǎng)，若無特殊精度需求，在工程測(cè)量中不建議使用該技術(shù)。由于觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，進(jìn)而研發(fā)了快速靜態(tài)定位技術(shù)，該技術(shù)利用載波香味，觀測(cè)值可控制于毫米級(jí)，通過幾個(gè)歷元觀測(cè)，可達(dá)到厘米級(jí)定位需求。
第五，GPS信號(hào)。GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種頻率的載波信號(hào)，即頻率為1575.42MHz的L1載波和頻率為1227.60HMz的L2載波，它們的頻率分別是基本頻10.23MHz的154倍和120倍，它們的波長(zhǎng)分別為19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分別調(diào)制著多種信號(hào)，
第六，靜態(tài)定位。所謂靜態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時(shí)，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過程中的位置是保持不變的。也就是說，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)不隨時(shí)間的改變而改變的量。在測(cè)量中，靜態(tài)定位一般用于高精度的測(cè)量定位，其具體觀測(cè)模式多臺(tái)接收機(jī)在不同的測(cè)站上進(jìn)行靜止同步觀測(cè)，時(shí)間由幾分鐘、幾小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)不等。
3 GPS在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用特點(diǎn)
對(duì)于水利工程而言，它作為國(guó)家支柱性產(chǎn)業(yè)，提升水利工程的安全運(yùn)營(yíng)、工作效率，是目前急需解決的問題。運(yùn)營(yíng)管理、施工難度與工程規(guī)模較大，GPS技術(shù)可為水利工程新建、測(cè)量，提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，為實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)提供保障，因此，GPS技術(shù)在水利工程建設(shè)、管理提供重要保障。
首先，平面控制測(cè)量，GPS技術(shù)取代了傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量，按照工程實(shí)際情況，給予快速定位、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，給予部分碎部、控制網(wǎng)測(cè)量。確保高精確度，通過實(shí)踐顯示，GPS定位精度：50km內(nèi)可至6~10ppm對(duì)于高長(zhǎng)度工程精密定位，1h觀測(cè)，其平面位置誤差不大于1mm。同時(shí)，觀測(cè)時(shí)間較短，在20km內(nèi)可實(shí)現(xiàn)相對(duì)靜態(tài)定位，16min左右即可完成。通過GPS測(cè)量，任一基準(zhǔn)站、流動(dòng)站距離為14km以內(nèi)。對(duì)于流動(dòng)站，每站觀測(cè)僅幾秒即可。
其次，放樣測(cè)量。對(duì)于水利工程測(cè)量，選擇線路放樣與點(diǎn)放樣，在點(diǎn)放樣過程中，靜態(tài)網(wǎng)點(diǎn)、放樣點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，傳輸至GPS流動(dòng)站，按照所放點(diǎn)標(biāo)識(shí)，給予實(shí)地放樣，控制放樣精度于5cm內(nèi)。實(shí)施線路放樣時(shí)，按照室內(nèi)線路中心線，控制彎道元素的中心線，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、文件參數(shù)可傳輸至GPS流動(dòng)站，按照樁號(hào)同中心線、樁號(hào)同放點(diǎn)關(guān)系，給予現(xiàn)場(chǎng)放樣。
第三，航空攝影測(cè)量。對(duì)于水利工程而言，測(cè)量區(qū)域一般屬于狹長(zhǎng)條帶，通常線路較長(zhǎng)，測(cè)量區(qū)域的樹林茂密，通視條件不高，布設(shè)像空點(diǎn)比較分散，且點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離較遠(yuǎn)，選擇傳統(tǒng)控制測(cè)量，耗時(shí)、難以確保工期進(jìn)度、成果精度質(zhì)量，選擇GPS可容易解決上述問題，較短時(shí)間內(nèi)即可完成外業(yè)采集。
第四，高程測(cè)量。通過水準(zhǔn)測(cè)量，同GPS測(cè)量相結(jié)合，確定區(qū)域水準(zhǔn)高程，通過給累發(fā)那功夫，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)具有密度、水準(zhǔn)測(cè)量要求，分布通常較為均勻。通過高精度GPS定位技術(shù)，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)高程差進(jìn)行精密確定，按照建立水準(zhǔn)面數(shù)學(xué)模型，計(jì)算點(diǎn)異常差、高程異常，獲取特定點(diǎn)正常高程值。通過實(shí)踐顯示，選擇靜態(tài)定位方法，大地高差誤差為3ppm左右，若距離<20km，可達(dá)cm級(jí)。與高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)相結(jié)合，實(shí)施高程轉(zhuǎn)換，對(duì)于丘陵、平原地區(qū)，誤差可至±5cm，山區(qū)可至±15cm，取代四等水準(zhǔn)。
4 結(jié)論
綜上所述，GPS技術(shù)在水利工程測(cè)量中應(yīng)用，可取得良好的測(cè)量定位效果，有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力與經(jīng)濟(jì)效益。GPS技術(shù)應(yīng)用于水利工程測(cè)量，主要包含平面控制測(cè)量、放樣測(cè)量、航空攝影測(cè)量與高程測(cè)量等，具有測(cè)量時(shí)間短、控制高程誤差、測(cè)量數(shù)據(jù)高精度等優(yōu)點(diǎn)，可確保測(cè)量的可行性、可靠性和精度。
參考文獻(xiàn)
[1]陶歆貴.GPS RTK技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].銅業(yè)工程，2007(2)：10-12.
[2]李柏章.GPS系統(tǒng)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2013，19(5)：119-120.
[3]孫龍，劉善.GPS系統(tǒng)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].民營(yíng)科技，2013(1)：206.
[4]邵勇，吳立新.GPS在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013(23).
