摘要：GPS技术应用于水利工程测量是水利工程的一项重大技术革命，其应用及开发的前景十分广阔。GPS因其所具有的特点：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等，使得在测绘领域得到极大的发展和应用，促进了水利工程测量的发展。本论文从不同方面阐述GPS系统在水利工程测量中的应用研究，希望为研究水利工程测量的专家和学者提供理论参考依据。
关键词：GPS系统；水利工程测量；研究
水利工程是一项关系到国计民生的社会性工程，但是由于工程设计复杂，受地形地质以及其他多种因素的影响，因此在工程建设过程中往往需要对多种数据进行测量。而GPS技术具有测量范围广、测量精确度高以及受气候变化影响小等优点，能够很好的满足于水利工程建设的测量需要。GPS技术经历了三十多年的发展，无论是从普及应用范围还是自身的测量技术，都已经趋于成熟和完善，给人们的生活和工作带来了极大的便利性。随着社会的发展和各种测量工作的需要，GPS技术也从单一的全球定位功能转而向多元化、多领域发展，其中将GPS系统与水利工程测量相结合，能够帮助水利监测向实时性、准确性、方便性方向发展，不仅缩短了水利工程测量的工作周期，而且极大的降低了人力物力花费，间接的提高了水利企业的经济效益。
1 GPS 技术概述及其在水利工程测量中发展现状
现如今水利工程测量已经受到越来越多的重视，寻求好的测量方法和测量技术也成为人们重点关注的对象。随着社会的发展，各种测量方法和测量设备也不断的被发现，GPS 技术也就是在不断的发展中出现的。GPS技术在水利工程测量中，以其高效率，低成本，高精度，不需要通视等特点受到人们的欢迎。在水利工程测量中得到不断的应用。GPS 其中文全称为全球卫星定位系统（Global Positioning Sys－tem），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。随着经济的发展，我国水利工程测量面临前所未有的机遇和挑战，而 GPS 测量技术又具有很多优点，所以，GPS 测量技术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。它将在水利工程测量中具有更加广阔的应用前景。
随着我国国民经济的快速增长，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。
2GPS 系统在水利工程测量中的应用原理
水利工程中的定位测量主要是通过 GPS 信号接收机来实现。GPS 信号接收机作为 GPS 系统的核心设备之一，该设备主要是包含主机、天线和电源。通过采取该设备，可以在水利工程中应用 GPS 系统时，方便快捷地处理或者放大信号。在水利工程测量中主要采用大地型接收机，根据接收的卫星信号频率，可分为单频和双频接收机，前者测程一般为 15 km 左右，后者测量距离长，可达数百公里。近年来，又出现了实时动态（RTK）接收机，即可以借助无线电台将基线站的差分改正发给移动站，使之能够实时定位，提高了效率。
3GPS 技术的特点
GPS 测量技术主要包括以下几点：定位的精度准确，观测耗时较短，且测站之间不需要进行通视，能够为用户提供三维坐标，在操作方面也十分简便，而且它的续航能力十分出众，能够进行全天候的作业，同时还具备多种方便使用的功能等。也正是这些优点让 GPS 测量技术不断保持测量行业的领先地位。GPS 之所以能够长久地保持在测量行业的领先地位也正是因为其定位精度十分高，它在 300 ～1 500 m这个阶段中的工程精度定位中，在持续工作长达1 h以上之后，其工作所得出的平面位置误差仍然小于1 mm。由于测站的产生，也将观测站与观测站之间的联系变得更加紧密，这也相对地解决了测量学中的一大难题，它的存在使得在接收信号时能够不受到任何外界的干扰。而 GPS 测量技术其广泛性不仅仅是体现在以上的这些方面，它还能够应用在测速与测时这两个方面上。与此同时，GPS 测量系统还有着一个其他测量技术无法比拟的优势，即自动化程度非常高。由于自动化程度变高，使得在使用 GPS 进行测量时，其操作变得十分简便。
4GPS 系统在水利工程测量中的布网工作
GPS 的布网工作主要包括：对线路以及相属的带状工程测量，例如引水工程等，大多所采取的布网方式是由点连式或者边连式而结构组成的联系发展三角锁同步图形，相对于工程枢纽地区对施工控制网以及变形监测网所采取的边连式或网连式的布网方式来说，采用点连式或边连式的布网方式能够大大加强网形的几何强度，如此以来才能够提高 GPS 控制网中所得到的数据的稳定性和精确性。
5GPS 系统在水利工程测量中的实时动态测量法（RTK）
GPSRTK 定位的数据处理对于测量定位质量结果有着直接联系，尤其是对于测点的位置选取。因此，首先必须合理地选取基站位置，然后在基准站上安置 1 台 GPS 接收机，对所有可见GPS 卫星进行连续地观测，同时观测数据，通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。通过实时计算的定位结果，便可监测基准站与用户观测成果的质量和解算结果的收敛情况，从而可实时地判断解算结果是否正确，以减少冗余观测，缩短观测时间。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在建筑施工定位中，采用 GPS 实时动态定位模式，是推广GPS 技术在该领域应用的关键，也是提高定位作业效率的重要手段。随着 GPS 动态定位软硬件的进一步充实和改进，GPS 技术在工程领域特别是高层建筑施工领域的应用将前景宽广。
6 GPS 技术在水利工程测量中的应用
GPS 技术已经广泛的应用于各个领域，水利工程测量中，GPS 技术也得到了广泛的应用。比如：三峡水利枢纽，小浪底工程等水利工程测量中都用到了GPS 技术。下面着重讲解GPS 技术在水利工程测量中的应用。GPS 技术在水利测量中的应用主要包括以下部分：GPS 的外业测量，GPS 的布网以及实时动态测量技术的应用等等。
6.1GPS 外业测量
GPS 外业测量中，选点是关键。点的定位对于保证测量结果的正确性具有非常重要的意义，因此要在选点前做好充分的准备工作，包括收集和了解有关测区的地理位置，标架，标型的完好状况等等。这都是做好选点的关键。GPS 的观测工作主要体现在无线安置和开机观测，这与常规测量有很大的不同。无线安置工作中，要做到在正常点位，天线应架设在三脚架上，并安置在标忐中心的上方直接对中，天线基座上的圆水准气泡必须整平；在有风天气中，应将无线进行三方向固定。
6.2GPS 布网工作
GPS 的布网工作主要包括：对线路以及相属的带状工程测量，例如引水工程等，大多所采取的布网方式是由点连式或者边连式而结构组成的联系发展三角锁同步图形，相对于工程枢纽地区对施工控制网以及变形监测网所采取的边连式或网连式的布网方式来说，采用点连式或边连式的布网方式能够大大加强网形的几何强度，如此一来才能够提高 GPS 控制网中所得到的数据的稳定性与精确性。关于GPS 布网工作如下：对于线路及带状工程测量，例如引水工程等，通常都采用点连式或边连式组成连续发展的三角锁同步图形，而对于工程枢纽地区的施工控制网和变形监测网，通常则采用边连式或网连式布设，以增强网形的几何强度，提高GPS 控制网的可靠性和数据精度。
6.3实时动态测量法
RTK 工作的基本方式为：通过在已知的基准站中放置一台 GPS 接收机，将之设置为检测所有可见的卫星模式，进行搜索，通过无线电传送设备将接收机中所接收到的数据传送到流动站。当流动站接收到 GPS 卫星的数据后，还应当通过无线电来接收基准站的数据信息，通过这个方式，我们可以利用相对定位的原则来将基准站与流动站直接所发送的数据进行分析。同时，还应当将其本身所接收到的数据进行拆解，从而可以得出两个观测站之间的位置，并由此可以得出流动站所处的位置，并输出其三维坐标。这个方法可以对任意位置的流动站进行定位分析，因此可以说 RTK 是一种十分便利的定位方法。同时，选点与基站之间的无线电发射器也可能会给信号的稳定接收与传输带来影响。根据实际经营，可以在两者之间架设一台GPS信号中继站，以便于对两端的信号传输进行加强操作。其次，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，同时观测数据，通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。通过实时计算的定位结果，便可监测基准站与用户观测成果的质量和解算结果的收敛情况，从而可实时地判断解算结果是否正确，以减少冗余观测，缩短观测时间。在建筑施工定位中，采用GPS实时动态定位模式，是推广GPS技术在该领域应用的关键，也是提高定位作业效率的重要手段。随着GPS动态定位软硬件的进一步充实和改进，GPS技术在工程领域的应用将前景宽广。
7GPS 技术在水利工程测量中的应用前景
随着我国当前经济的不断发展，以及西部大开发进程的不断加快，使得我国的水利工程的建设迎来了前所未有的发展机会，这也对勘测的技术提出了更高的要求。当然，随着水利工程相关技术的发展，其相应的软件和硬件技术也在不断的提高，产生了一批适合水利工程勘测的优秀软件。因此，当前的勘测技术应当致力于设备的改进和技术的升级，使得当前条件下的技术能够引进 GPS技术。GPS 还可以在水利工程中其他领域的测量应用，如应用于海底水下地形测量，海洋的建设、航道的疏浚和整治、海岸和江岸码头的施工和设计、以及现有港口的扩建和改造等，一切有关水下建筑物的建设都需要进行（海底水下）地形测量。海底地形测量，通常包括水深测量、平面位置测量、自动成图等内容，这些都离不开 GPS 技术，因此还可以应用于海底水下地形测量上。同时 GPS 系统不仅可以应用于水利工程测量中，还可以应用于土木工程施工领域中，包括基础理论的研究、实践方法的探索、信号接收手段的更新、信号处理方法和软件的开发等的发展，GPS 技术在高层建筑施工的放样与定位、大坝建设与监测、道路及桥涵的定位与控制等方面有着广泛的应用前景。
总之，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，需要强调的一点是，在利用 GPS 技术进行水利工程测量的时候，要特别注意测量结果的精确度和实用性，这是采用GPS 技术测量的关键所在。在以后 GPS 技术发展应用中，将向着功能更加完善，性能更加先进发展，针对不同的水利测量实例，因地制宜，合理利用，GPS 技术将为水利工程测量带来更加显著的发展。
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论文作者:黄士海
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/10
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