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	GPS在水利工程测量中的应用特点

发布时间：2014.12.30 新闻来源： 浏览次数：

时动态测量系统由数据传输和 GPS 技术所结合的系统，是GPS技术的创新，静态定位测量是以观测量载波相位为基础，以实现实时差分的测量技术，它的工作模式有：动态定位、准动态定位、快速静态定位、静态定位等，若这些测量模式不结合数据传输，所定位的结果必须通过数据观测后处理方可获得。笔者根据自身多年的工程测量经验，对 GPS 在水利工程测量中的应用特点。
    1 ·GPS 系统组成
    GPS 全球定位系统主要由地面监控系统、空间卫星群组成，另外，测量用户需设置卫星接收设备。
    首先，空间卫星群。它主要由 20 万 km、24 颗卫星群构成，在 6 个轨道面均匀分布，各平面交角 60 度，地球赤道同轨道之间倾角为 55 度，卫星轨道运行周期 11h/58min，确保任何地点地平线、任一时间，均可接收 5 颗～ 10 颗卫星信号。
    其次，地面控制系统。它主要包含一个主控站、五个监测站与二个注入站，主控站按照监控站观测 GPS 数据，计算机卫星钟、星历改正参数，通过注入站，把这些数据传输至卫星中控制卫星，发布指令给卫星，对备用卫星进行调度。监控站主要功能为接收卫星信号，对卫星工作状态进行监测。注入站的功能是计算主控站数据，并将数据传输至卫星。
    第三，GPS 用户通过用户设备、数据处理软件和 GPS 接收机，接收 GPS 的卫星信号，通过信号设施定位、导航。
    2· GPS 工作原理
    GPS 系统属于全球定位技术，该技术已日趋成熟，逐渐运用于工业、军事、矿产、建筑等各个领域，目前已获得较为明显的成果。该技术具有高精度与高效率的优点，对于传统工程测量，通常需布置控制网，实施桩位放样，大多使用全站仪、测距仪等仪器。而 GPS 系统完全不考虑气候因素，不受地形环境影响，确保工程测量能够高精度与高效率。主要由六个方面表现：
    首先，动态分析桩位放样，桩位精确度误差可控制于厘米级。
    其次，构建放样平台。利用 GPS 技术，可构建放样平台，在施工平台中设置钢管桩放样，有利于减少外业测量时间。第三，偏心检查。为确保精确度，可实现一物两用，利用桩位偏心检查技术，使工程测量效率显著提升。使用 GPS 技术需注意，部分测量数据不能够直接获取，必须与其它测绘仪器相结合，方可顺利完成工程测绘。
    第四， GPS 与传统测绘技术可有效结合，实现测量定点与定时，现阶段，通常采用静态定位技术与快速的静态定位技术。若采用静态定位，需确保观测时，不改变接收机的位置，因为计算过程，接收机位置与时间无关，主要在工程顶线、基础测量等高精度测量中使用。另外，因静态定位的观测时间一般较长，若无特殊精度需求，在工程测量中不建议使用该技术。由于观测时间长，进而研发了快速静态定位技术，该技术利用载波香味，观测值可控制于毫米级，通过几个历元观测，可达到厘米级定位需求。
    第五，GPS 信号。GPS 卫星发射两种频率的载波信号，即频率为1575.42MHz的L1载波和频率为1227.60HMz的L2载波，它们的频率分别是基本频 10.23MHz 的 154 倍和 120 倍，它们的波长分别为 19.03cm 和 24.42cm。在 L1 和 L2 上又分别调制着多种信号，第六，静态定位。所谓静态定位，就是在进行 GPS 定位时，认为接收机的天线在整个观测过程中的位置是保持不变的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。在测量中，静态定位一般用于高精度的测量定位，其具体观测模式多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测，时间由几分钟、几小时甚至数十小时不等。
    3· GPS 在水利工程测量中的应用特点
    对于水利工程而言，它作为国家支柱性产业，提升水利工程的安全运营、工作效率，是目前急需解决的问题。运营管理、施工难度与工程规模较大，GPS 技术可为水利工程新建、测量，提供准确的数据信息，为实时安全监测提供保障，因此，GPS技术在水利工程建设、管理提供重要保障。
    首先，平面控制测量，GPS 技术取代了传统导线测量，按照工程实际情况，给予快速定位、实时动态定位，给予部分碎部、控制网测量。确保高精确度，通过实践显示，GPS 定位精度：50km 内可至 6~10ppm 对于高长度工程精密定位，1h 观测，其平面位置误差不大于 1mm。同时，观测时间较短，在 20km 内可实现相对静态定位，16min 左右即可完成。通过 GPS 测量，任一基准站、流动站距离为 14km 以内。对于流动站，每站观测仅几秒即可。
    其次，放样测量。对于水利工程测量，选择线路放样与点放样，在点放样过程中，静态网点、放样点坐标转换，传输至GPS 流动站，按照所放点标识，给予实地放样，控制放样精度于 5cm 内。实施线路放样时，按照室内线路中心线，控制弯道元素的中心线，坐标转换、文件参数可传输至 GPS 流动站，按照桩号同中心线、桩号同放点关系，给予现场放样。
    第三，航空摄影测量。对于水利工程而言，测量区域一般属于狭长条带，通常线路较长，测量区域的树林茂密，通视条件不高，布设像空点比较分散，且点与点之间的距离较远，选择传统控制测量，耗时、难以确保工期进度、成果精度质量，选择 GPS 可容易解决上述问题，较短时间内即可完成外业采集。第四，高程测量。通过水准测量，同 GPS 测量相结合，确定区域水准高程，通过给累发那功夫，对观测点具有密度、水准测量要求，分布通常较为均匀。通过高精度 GPS 定位技术，对观测点高程差进行精密确定，按照建立水准面数学模型，计算点异常差、高程异常，获取特定点正常高程值。通过实践显示，选择静态定位方法，大地高差误差为 3ppm 左右，若距离<20km，可达 cm 级。与高级水准点相结合，实施高程转换，对于丘陵、平原地区，误差可至 ±5cm，山区可至 ±15cm，取代四等水准。