摘要：随着科学技术的发展，水利工程测量技术不断进步，GPS测量技术在水利工程测量中的应用越来越广泛。在水利工程测量中应用GPS测量技术有着诸多优势，其主要表现为效率高、成本低、精度高，无需通视等。目前，RTK实时动态差分法可以在数秒内获得由基准站所发出的GPS高精度定位数据，在未来水利工程测量中，GPS测量技术有着广阔的应用前景。
关键词：水利水电工程；GPS技术；测量误差；精度控制
引言
GPS技术引领了工程测绘领域的技术革命浪潮，凭借其精度高、操作便捷、适用性强、自动化程度高等性能优势，实现了对平面实时定位与定位精度的即时掌握。然而GPS技术受到GPS卫星、信号传播、接收设备、地球潮汐等因素的影响，如何掌握GPS技术测量误差成因，分析其定位精度。有助于提高GPS测量技术在水利水电工程测量中的定位精度。
1GPS测量技术特点
GPS技术是一种无线式的导航系统，其工作原理是通过从GPS全球定位系统中卫星发射的信息进行工作。GPS测量技术主要有以下几点优势：定位的精度高、观测耗时较短，并且测站之间不需要进行通视，且在测量时能够提供三维坐标，方便操作。除此之外，GPS技术的续航能力十分出众，能够进行全天候野外作业。同时，其自动化水平也是其他测量技术无法比拟的，测量人员在使用上易于上手。
2GPS技术在水利工程测量中的价值
（1）GPS不受时间和空间的限制，能够全天候精准地对复杂地形的观测点进行定位测量，再加上GPS方格网的适应性和灵活性很强，不仅消除了几何测量法需要高标的限制，也解决了三角测量点位之间无法通视的困难，从而极大减轻了野外观测的工作量和难度，提高了观测的效率。（2）GPS控制网排布点位精度高，误差分布较为均匀，不仅可以满足当下水利工程测量工作中的相关的规范和要求，而且通过点位中误差取代相对中误差的精度指标更趋向于合理，再加上其具备较大的精度储备，所以能够在独立测量，以及辅助传统测量方式进行精度校验等方面具有很大的可靠性优势。
3GPS 测量技术注意事项
3.1防止恶劣冰雪气象环境干扰 GPS测量
恶劣冰雪天气、环境会对 GPS 测量形成干扰，甚至导致GPS 测量设备无法接收到卫星提供的坐标信息数据。除此之外，测量工程所处的环境也会对测量形成干扰，特别是大面积的水域或者高大树木的遮挡都会对 GPS 测量形成干扰，影响测量精度。因此，在进行 GPS测量时应该尽量选择在天气条件良好，并且在测量时应该避开大面积的水域或高大树木或者建筑物的干扰，提高精确度。
3.2GPS测量设备的两级组网不能单独测量
在测量时由于受到 GPS 测量设备的续航条件的限制，常常导致测量时测量到一半而不得不终止测量。因此，在进行测量时应该连续进行测量，不能只对其中的一组网进行单独测量，否则会导致数据无法衔接。
3.3测量设备故障与功能指示标志容易混淆
GPS测量设备的功能指示灯常常与故障灯混淆，导致设备出现故障时无法在第一时间确认其是否出现故障。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在进行三级网测量时，GPS 测量设备 TRK 初始化时，其指示灯为红色，而测量设备出现故障时其指示灯也是红色。
4GPS测量误差的分类与成因分析
4.1 GPS卫星误差
与GPS卫星相关的误差主要包括卫星星历误差、卫星钟误差，其测量等效距离偏差在1.5~15m。卫星钟误差是由于GPS卫星原子钟与标准钟存在频漂，通过钟差模型改正后，能控制卫星钟之间的频漂引起的等效距离偏差在6m内。再采用观测差分技术，可进一步削弱卫星钟残差。卫星星历误差是由于卫星跟踪站的几何分布图形、跟踪站数量、跟踪站观测的数据质量以及轨道计算模型选择等因素造成的实际卫星轨道位置与星历轨道位置的误差。该误差造成的定位误差在数米至数十米不等。通过建立卫星跟踪网、采用轨道松弛法以及相对定位等方法能有效削弱卫星星历误差的影响。
4.2信号传播误差
卫星信号在穿过大气层时会受到电离层和对流层的影响，使信号传播路径和传播速度发生变化，造成卫星与接收机之间的实际距离与计算距离不符而存在误差。根据相关资料分析，电离层与对流层造成的信号传播误差很难通过数学模型精准分析，通常在垂直方向上其日间、夜间延迟数值可达到15m与3m，在低仰角状态下延迟值将增至45m和9m。采用双频接收机进行GPS数据的采集可以有效削弱由电离层延迟造成的定位误差，并在观测过程中针对电离层延迟情况进行动态调控，有助于更好地提升测量精度。但同时需要注意的是，在赤道、地极等位置会产生严重的扰动现象，导致双频GPS接收机的使用范围受限。关于对流层信号延迟问题。具体来说主要存在以下两种情况：①干大气分量数值，占比80%~90%，可利用模型进行误差修正；②湿大气分量数值，与纬度、高度、时间等因素存在密切关联，当前虽已研制出多种湿电离层延迟模型，但其仍然成为造成对流层信号传输延迟的最主要原因。
4.3地面接收设备误差
地面接收设备误差的成因主要有以下三方面：①观测误差，主要包括卫星信号分辨率误差和天线安置误差。可以通过适当增加观测量，采用强制对中装置等方法减弱；②天线相位重心偏差，该因素造成的误差与天线性能相关，在实际测量工作中，应尽量使用同一种接收机天线以及在观测数据之间求差来削弱其影响；③接收机钟误差，在GPS接收机中主要采用稳定性较好石英钟，其稳定度保持在10-11范围内。此时当卫星时钟与地面接收机时钟之间无法保持同步时，便会产生等效距离误差，影响到测量结果的准确度。在实际测量中，采取削弱该类误差的方法主要有接收机钟差未知系数法、卫星间求差法、外接频标法等。
5GPS 技术在水利工程测量中的应用
5.1 选点和埋石
由于 GPS 在观测中不需要考虑通视的条件（如果在施工阶段由全站仪的参与就需要考虑），因此在布网的图形选择中相对较为灵活，但是也需要适当参考已有控制网测设的数据及成果资料，来对控制网的质量情况进行有效地把握，以此达到选点均匀布置于整个测区，并在此基础上参考《全球定位系统（GPS）测量规范》设置具有中心标识的标石，从而达到选点的合理化选择与排布。
5.2 野外观测
野外观测需要在一定的技术规范和指标中予以进行，才能有效确保 GPS 测量的精度和观测的效率：1）架站：对中、整平（提前将仪器设置为相应的测量模式、采样间隔通常为 1~5 s，卫星高度角 15~25），天线安装的定向标志线应指向正北，并需考虑当地磁偏角的影响。2）对仪器的斜高和垂直高进行测量（须严格按照仪器规格下的技术规范予以操作）3）开机观测：对信号进行跟踪接收，从而达到对定位点进行量测和必要的信息处理。4）测量员记录测站信息：主要为测站号、仪器号、仪器高、起始时间和结束时间等。
结束语
GPS技术凭借其测量精度高、定位速度快、工作耗时短等优势在我国水利水电工程项目中发挥了较强的应用价值，然而在实际测量工作中受干扰因素的影响不可避免会产生一定的测量误差，因此还需在实践工作中围绕不同干扰因素设计处理方案，为测量精度与准确度的提升提供保障。
参考文献
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论文作者:谭兴松
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年8期
论文发表时间:2019/8/1
标签：测量论文; 误差论文; 技术论文; 精度论文; 水利工程论文; 接收机论文; 电离层论文; 《建筑学研究前沿》2019年8期论文;