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【摘要】全球定位系统（GPS）以其具备的导航定位和定时功能，已经在航天航空、变形监测、水文地质测量、资源勘探、车辆导航等领域得到了广泛应用。本文作者从GPS在水利工程测量中的现状分析，阐述了GPS在水利工程中的应用。
【关键词】GPS技术 水利工程 测量应用
中图分类号：P228.4文献标识码： A
一、前言
随着科学技术的不断发展，发明与研究了很多水利工程测量设备。特别是计算机技术的飞速发展，实现测量数据的采集并进行自动化处理，促使高精度控制测量自动化系统的问世。全球定位系统GPS是在空间定位技术发展的前提下诞生的，具有高精度、全天候、多功能、操作简便、不受通视条件限制等优点,进一步促进了全球定位系统在水利工程测量中的应用及其发展。
二、GPS技术在水利工程测量中应用的发展现状
GPS其中文全称为全球卫星定位系统，它是无线式导航系统，其系统基础为已经发射的地球卫星。我国测量采用的是美国发射的24颗导航卫星。通过测量地面三维坐标来实现导航或者定位。GPS测量技术具有很多优点，在水利工程测量中得到了越来越多的应用。GPS技术在水利工程中的初级应用是:用GPS静态或者快速静态方法建立沿线总体控制测量;同时，在水利工程施工阶段为闸门、渠道、堤坝建立施工控制。而更高一级的应用是在水利工程测量中采用RTK技术，即所谓的实时动态定位技术。GPS测量技术在水利工程测量中应用前景广阔。
三、GPS定义
GPS全球定位系统，是由美国国防部开发的星基无线导航定位系统，用户可以利用该系统在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航、定位和测速。GPS可以每天24 h为全球陆、海、空用户全天候提供三维位置、速度和时间信息。与其他无线电导航系统相比，GPS全球定位系统精度更高一些，目前GPS卫星定位技术已广泛应用于测绘、导航等领域，在测绘领域，主要应用于空间大地控制网的布设、工程测量、地形图测绘、航空摄影辅助测量等。GPS的概念是基于卫星测距。用户通过测量他们到卫星的距离来计算自己的位置。卫星的位置为已知值，每个GPS卫星发送位置和时间信号，用户接收机测量信号到达接收机的时间延迟，相当于测量用户到卫星的距离，同时测量4颗卫星可以解出位置、速度和时间。
四、GPS工作原理、组成及其特点
1、GPS技术工作原理。GPS系统是卫星导航地位系统，采用的方法为距离交会法，在使用的坐标系统中，GPS测量通常采用其中的两种：第一种是地固坐标系统，第二种是空间固定坐标系统。同时根据需要可以进行坐标系的转换，通过转换可以有效表达控制点位置，可以促进观测效果。
2、GPS组成。空间卫星群和地面监控系统是GPS系统的两大组成部分，此外，用户还应该具有卫星接收设备。现在就这三部分进行一下具体的说明：1）空间卫星群。空间卫星群是由均匀分布在6个轨道面上，之间夹角为600的24颗大约高为20万千米的GPS卫星群组成。其轨道和地球赤道的倾角约为550，通过这样的分布群可以保证接收4~11颗GPS卫星发送出的信号。2）地面控制系统。其组成是主控站1个，监测站5个，注入站2个。这三个部分都有其不同的作用，主控站用来计算卫星的星历以及卫星钟的修改参数等等，其依据是各个监测站的观测数据。注入站计算出来的修改参数送入注入站，注入站起到接收的作用。監控站是用来接收卫星信号的。这三者是相互联系，相互补充的。3）卫星接收设备。主要有接收机，数据处理软件，气象仪等等组成，接收信号，并利用信号进行导航定位。
3、GPS技术的特点。GPS测量技术主要由七大特点，包括：定位精度高，观测时间短，测站之间无需通视，可提供三维坐标，操作简便，全天候作业以及功能多用途广等特点。这些优点保证了GPS测量技术的领先地位。其定位精度高体现在：在300m到1500m之间工程精密定位中，1小时以上观测的解算，其平面位置误差小于1mm；而测站之间无需通视这一特点一具解决了测量学中的难题，使接收的信号不受干扰；其用途广体现在不但可以进行测量也可以用于测速和测时；GPS系统的自动化程度非常高，便体现了其操作方便的特点。由此可见，GPS测量技术技术先进，优点明显，将在以后的应用中不断的体现出来，我们也将更加不断的开发GPS技术的更多特点，为水利工程测量水平的提高不断努力。
五、GPS技术在水利工程测量中应用的优势
1、测量完成快。在运用GPS技术进行水利工程测量时，可先在四等水准精度点上架设测量基站，而后使流动站附于测量人员身上。通常情况下，仅仅需要几秒钟便可获取测点定位，即使是在卫星信号不稳定时，也最多只需要10min左右的时间即可完成测量任务。如，按照平均每天可测量1.5个河道断面来计算，测量工作效率可提高70%以上。
2、节约测量成本。由于GPS技术能够精确定位三维坐标，并且可将河道断面资料以可视化、数字化的形式显示在GIS电子地图上，甚至能够实现编辑操作。通过一次测量所获取的资料信息可以满足水利工程规划、建设与管理以及防洪决策等多项工作的需求，极大地降低了测量成本。
3、数据可靠、无误差积累。GPS技术可以不受任何天气状况的影响，为用户提供实时、连续的精密时间、三维速度和三维位置。在满足作业条件和作业半径范围的前提下，运用GPS技术在水利工程中进行测量，可以同时精确测定测点的三维坐标，其高程测量的精度可精确到厘米，更为重要的不存在误差积累。
六、GPS在水利各种工程测量中的应用简述
1、在水工隧洞的贯通中的应用。对于落差大、流量小的山区河流，往往建造引水式电站，这时挡水建筑物往往与发电建筑物相距较远，水库中的水通过引水隧洞到发电站厂房，当引水隧洞很长时，施工控制网的作用就是保证正确贯通。用GPS建立施工控制网将大大简化测量工作，因用常规方法所建立的控制网点并非都有用，其中有许多点是过渡点，或者为增加图形强度而设置的，而采用GPS测量就可以直接测定洞口点的相对位置，无须测定其它过渡点。这样就节省了大量的外业工作，使隧洞贯通，测量变得十分简单有效，且精度得到较大提高。
2、在大型电站的道路施工测量中的应用。在公路建设中，测量工作从选线、定测直至施工放样，始终贯通于公路建设中，采用常规测量方法会积累测边和测角误差，精度较低。由于控制网为紧随线路而布设成带状，这就很难提高控制点的测量精度，如要提高必须保证已知点有足够的密度，同时为了保证通视，必须寻高点直至建标，费时费力又费钱，正因为存在上述种种困难，因此采用常规测量手段布设公路控制网效率低、费用高、精度差，而GPS技术具有精度高，不要求相邻点通视，不受气候条件限制，同时其布网灵活，对网形要求低等特点，使得道路测量工作速度快、费用省，外业工作劳动强度低，极大的提高了工作效率。
3、在水力发电机组安装测量中的应用。对于水力发电机组来说，由于各部分之间均处于发电系统的流程中，为了保证系统正常运转，各部分之间的相对位置精度要求很高，故从下到上十几米至几十米的高度处的建筑物，在放样时应设有统一的放样基准，就需要建立高精度的施工控制网，由于施工现场通视不好，安置仪器麻烦，而GPS建立施工控制网自动化程度高，可连续观测，无需通视，布点灵活，全天候观测，可进行三维坐标测量，这与传统仪器相比极大提高工作效率和精度。其安装测量程序是用GPS技术建立施工控制网，由施工控制网放出建筑物主轴线和辅助轴线及各机组中线，再由中心线放出各机组位置。
七、结束语
GPS技术应用于水利工程测量是水利工程发展史上一项重大技术革命,其应用及开发的前景十分广阔，必将对水利质量起到巨大的推动作用。
参考文献：
[1]赵娜，林永慧.GPS技术与水利测量工程[J].现代农业，2011（10)
[2]刘帅，王礼江，朱建军．GPS高程拟合模型优选[J]．测绘工程，2006，（15）
[3]杨文东，浅谈GPS在水利工程应用与分析[J].大科技·科技天地，2011（3）
【关键词】GPS技术 水利工程 测量应用
中图分类号：P228.4文献标识码： A
一、前言
随着科学技术的不断发展，发明与研究了很多水利工程测量设备。特别是计算机技术的飞速发展，实现测量数据的采集并进行自动化处理，促使高精度控制测量自动化系统的问世。全球定位系统GPS是在空间定位技术发展的前提下诞生的，具有高精度、全天候、多功能、操作简便、不受通视条件限制等优点,进一步促进了全球定位系统在水利工程测量中的应用及其发展。
二、GPS技术在水利工程测量中应用的发展现状
GPS其中文全称为全球卫星定位系统，它是无线式导航系统，其系统基础为已经发射的地球卫星。我国测量采用的是美国发射的24颗导航卫星。通过测量地面三维坐标来实现导航或者定位。GPS测量技术具有很多优点，在水利工程测量中得到了越来越多的应用。GPS技术在水利工程中的初级应用是:用GPS静态或者快速静态方法建立沿线总体控制测量;同时，在水利工程施工阶段为闸门、渠道、堤坝建立施工控制。而更高一级的应用是在水利工程测量中采用RTK技术，即所谓的实时动态定位技术。GPS测量技术在水利工程测量中应用前景广阔。
三、GPS定义
GPS全球定位系统，是由美国国防部开发的星基无线导航定位系统，用户可以利用该系统在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航、定位和测速。GPS可以每天24 h为全球陆、海、空用户全天候提供三维位置、速度和时间信息。与其他无线电导航系统相比，GPS全球定位系统精度更高一些，目前GPS卫星定位技术已广泛应用于测绘、导航等领域，在测绘领域，主要应用于空间大地控制网的布设、工程测量、地形图测绘、航空摄影辅助测量等。GPS的概念是基于卫星测距。用户通过测量他们到卫星的距离来计算自己的位置。卫星的位置为已知值，每个GPS卫星发送位置和时间信号，用户接收机测量信号到达接收机的时间延迟，相当于测量用户到卫星的距离，同时测量4颗卫星可以解出位置、速度和时间。
四、GPS工作原理、组成及其特点
1、GPS技术工作原理。GPS系统是卫星导航地位系统，采用的方法为距离交会法，在使用的坐标系统中，GPS测量通常采用其中的两种：第一种是地固坐标系统，第二种是空间固定坐标系统。同时根据需要可以进行坐标系的转换，通过转换可以有效表达控制点位置，可以促进观测效果。
2、GPS组成。空间卫星群和地面监控系统是GPS系统的两大组成部分，此外，用户还应该具有卫星接收设备。现在就这三部分进行一下具体的说明：1）空间卫星群。空间卫星群是由均匀分布在6个轨道面上，之间夹角为600的24颗大约高为20万千米的GPS卫星群组成。其轨道和地球赤道的倾角约为550，通过这样的分布群可以保证接收4~11颗GPS卫星发送出的信号。2）地面控制系统。其组成是主控站1个，监测站5个，注入站2个。这三个部分都有其不同的作用，主控站用来计算卫星的星历以及卫星钟的修改参数等等，其依据是各个监测站的观测数据。注入站计算出来的修改参数送入注入站，注入站起到接收的作用。監控站是用来接收卫星信号的。这三者是相互联系，相互补充的。3）卫星接收设备。主要有接收机，数据处理软件，气象仪等等组成，接收信号，并利用信号进行导航定位。
3、GPS技术的特点。GPS测量技术主要由七大特点，包括：定位精度高，观测时间短，测站之间无需通视，可提供三维坐标，操作简便，全天候作业以及功能多用途广等特点。这些优点保证了GPS测量技术的领先地位。其定位精度高体现在：在300m到1500m之间工程精密定位中，1小时以上观测的解算，其平面位置误差小于1mm；而测站之间无需通视这一特点一具解决了测量学中的难题，使接收的信号不受干扰；其用途广体现在不但可以进行测量也可以用于测速和测时；GPS系统的自动化程度非常高，便体现了其操作方便的特点。由此可见，GPS测量技术技术先进，优点明显，将在以后的应用中不断的体现出来，我们也将更加不断的开发GPS技术的更多特点，为水利工程测量水平的提高不断努力。
五、GPS技术在水利工程测量中应用的优势
1、测量完成快。在运用GPS技术进行水利工程测量时，可先在四等水准精度点上架设测量基站，而后使流动站附于测量人员身上。通常情况下，仅仅需要几秒钟便可获取测点定位，即使是在卫星信号不稳定时，也最多只需要10min左右的时间即可完成测量任务。如，按照平均每天可测量1.5个河道断面来计算，测量工作效率可提高70%以上。
2、节约测量成本。由于GPS技术能够精确定位三维坐标，并且可将河道断面资料以可视化、数字化的形式显示在GIS电子地图上，甚至能够实现编辑操作。通过一次测量所获取的资料信息可以满足水利工程规划、建设与管理以及防洪决策等多项工作的需求，极大地降低了测量成本。
3、数据可靠、无误差积累。GPS技术可以不受任何天气状况的影响，为用户提供实时、连续的精密时间、三维速度和三维位置。在满足作业条件和作业半径范围的前提下，运用GPS技术在水利工程中进行测量，可以同时精确测定测点的三维坐标，其高程测量的精度可精确到厘米，更为重要的不存在误差积累。
六、GPS在水利各种工程测量中的应用简述
1、在水工隧洞的贯通中的应用。对于落差大、流量小的山区河流，往往建造引水式电站，这时挡水建筑物往往与发电建筑物相距较远，水库中的水通过引水隧洞到发电站厂房，当引水隧洞很长时，施工控制网的作用就是保证正确贯通。用GPS建立施工控制网将大大简化测量工作，因用常规方法所建立的控制网点并非都有用，其中有许多点是过渡点，或者为增加图形强度而设置的，而采用GPS测量就可以直接测定洞口点的相对位置，无须测定其它过渡点。这样就节省了大量的外业工作，使隧洞贯通，测量变得十分简单有效，且精度得到较大提高。
2、在大型电站的道路施工测量中的应用。在公路建设中，测量工作从选线、定测直至施工放样，始终贯通于公路建设中，采用常规测量方法会积累测边和测角误差，精度较低。由于控制网为紧随线路而布设成带状，这就很难提高控制点的测量精度，如要提高必须保证已知点有足够的密度，同时为了保证通视，必须寻高点直至建标，费时费力又费钱，正因为存在上述种种困难，因此采用常规测量手段布设公路控制网效率低、费用高、精度差，而GPS技术具有精度高，不要求相邻点通视，不受气候条件限制，同时其布网灵活，对网形要求低等特点，使得道路测量工作速度快、费用省，外业工作劳动强度低，极大的提高了工作效率。
3、在水力发电机组安装测量中的应用。对于水力发电机组来说，由于各部分之间均处于发电系统的流程中，为了保证系统正常运转，各部分之间的相对位置精度要求很高，故从下到上十几米至几十米的高度处的建筑物，在放样时应设有统一的放样基准，就需要建立高精度的施工控制网，由于施工现场通视不好，安置仪器麻烦，而GPS建立施工控制网自动化程度高，可连续观测，无需通视，布点灵活，全天候观测，可进行三维坐标测量，这与传统仪器相比极大提高工作效率和精度。其安装测量程序是用GPS技术建立施工控制网，由施工控制网放出建筑物主轴线和辅助轴线及各机组中线，再由中心线放出各机组位置。
七、结束语
GPS技术应用于水利工程测量是水利工程发展史上一项重大技术革命,其应用及开发的前景十分广阔，必将对水利质量起到巨大的推动作用。
参考文献：
[1]赵娜，林永慧.GPS技术与水利测量工程[J].现代农业，2011（10)
[2]刘帅，王礼江，朱建军．GPS高程拟合模型优选[J]．测绘工程，2006，（15）
[3]杨文东，浅谈GPS在水利工程应用与分析[J].大科技·科技天地，2011（3）