江苏省水文地质海洋地质勘查院江苏淮安223001
摘要：社会发展对水利工程的测量行业要求越来越高，通过先进方法、工艺水平的引入，已经实现测量行业的现代化发展。随着GPS技术的应用范围扩大，其在水利工程中的发展取得了显著成绩，优势体现在成本低、效率高、精度好，同时还具有抗干扰效果好、隐私保密好等特点。GPS技术分为外业监测、内业处理两大模块，其中外业监测是主要数据来源，也是测量工程的基础环节，加强野外监测作业的质量管理，对于整体数据测量具有深远影响。
关键词：GPS技术；水利测量工程；应用
1GPS系统的组成、工作原理
1.1GPS系统的组成
GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户当然还应有卫星接收设备。
1.1.1空间卫星群。GPS空间卫星群由24颗高约20万km的GPS卫星群组成，并均匀分布在6个轨道面上，各平面之间交角为60°，轨道和地球赤道的倾角为55°，卫星的轨道运行周期为11h58min，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4～11颗GPS卫星发送出的信号。
1.1.2GPS的地面控制系统。GPS的地面控制系统包括1个主控站、2个注入站和5个监测站，主控站的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去，同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等；监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态；注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。
1.1.3GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备（如计算机、气象仪器等）组成，其作用是接收GPS卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。
1.2GPS工作原理
GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。在需要的位置P点架设GPS接收机，在某一时刻同时接收了3颗（A、B、C）以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可以求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离SAP、SBP、SCP，同样通过接收卫星星历可以获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。在GPS测量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统。在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换，来求出所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果，因此在测量中得到了广泛应用。
2GPS在水利测量工程施工中的重点
2.1外业测量
GPS的外业测量工作中，关键步骤是选点控制，点的定位对于测量结果来说具有关键性的影响，需要充分注重准备工作的细化处理，保证前期收集信息、勘察结果等准确无误，加强标架、标型的观察分析。GPS观测操作，一般需要注重无线安置、开机观测的细节处理，因为GPS技术中上述两步与传统常规测量不同。无线安置过程中，需要在对应点位操作，保证天线架设在三角支座端，根据标志中心进行对正处理，保证天线的基座水准满足持平要求，气候条件较为恶劣的状况下，需要将无线进行固定处理。
2.2GPS布网工作
GPS的布网工作中，线路测量、带状工程测量需要借助点连式或者边连式进行处理，保证其形成连续发展的三角锁同步结构，如引水工程。另外，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。
2.3放样测量
水利工程测量行业中，借助ＲTK技术进行点放样、线路放样操作中，首先需要将点坐标、静态网坐标进行对应三维坐标转换，将数据传输到GPS流动站中，根据实际标识进行测量操作，一般放样操作的控制精度可以保证在50mm范围之内。另一方面，线路放样中，需要根据室内线路的特点进行对应中心线编制，将对应文件参数传至CPS接收系统内，即流动站接收机中，根据实地桩号、放样点与中心线的关系合理规划后，进行现场放样操作。
2.4实时动态测量
ＲTK工作基本方式可以表述为:在某一已知点上设立基准站并安置一台GPS接收机，对所有的可见卫星进行现场测，采用无线电传送设备，将观测到的数据和测站信息通过数据链传送到流动站。流动站在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备接收基准站传输的数据，依据相对定位的基本原理，基准站及流动站将该数据与本身观测到的数据进行差分解算，从而得到两观测站之间的相对位置，解算出流动站所在位置的三维坐标并实时存储和输出。
2.5航空摄影测量外业像控点采集
水利工程测绘中，像控点通常呈分散布设，且各点间距较长，使用传统测量手段，测量进度缓慢，而且精度也不高，耗费很大的人力财力。但使用GPS测量技术，可以在很短时间内准确采集外业像控点。
2.6高程测量
GPS测量资料与水准测量资料相结合，来确定区域性大地水准面的高程是一种有效的方法。这种方法要求GPS观测点具有水准测量资料且密度适当，分布比较均匀。利用高精度GPS定位技术精密确定观测点的大地高程差，并根据建立的适当大地水准面数学模型，内插出计算点的高程异常或异常差，从而得出特定点的正常高。经过实践证明，采用静态定位方法测出的大地高差误差Δh/D可达到3～4ppm，当距离小于20km时，可达到厘米级精度；引入高级水准点，进行高程转换后。在平原和丘陵地中误差可达到±5cm，山区也可以达到±15cm，可以完全代替四等水准。
3GPS技术在各种水利工程测量中的应用简述
3.1在水力发电机组安装测量中的应用
水力发电机组各部分之间的相对位置精度要求很高，需要建立高精度的施工控制网。GPS技术在建立控制网方面具有明显的优势，自动化程度高、无需通视、布点灵活、可连续和全天候观测、进行三维坐标测量，极大的提高测量工作的精度和效率。在水力发电机组安装测量中，利用GPS技术建立施工控制网，再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。
3.2在堤防工程施工测量中的应用
在水利工程测量中，若按照常规方法进行堤坝工程高程测量控制，其平面和高程需要分开分级布设，平面控制点之间要求通视，分层竞速不均，误差积累大，而且由于观测的测回数多，观测精度要求高和观测环境的影响，高程测量时费时费力，有时要求返工。但若是利用实时动态测量，各平面控制点之间没有积累传递，误差传播途径也可以减少，从而提高控制点的精度。
3.3在大型水工建筑物变形观测中的应用
利用GPS技术，变形观测能够实时进行，变形观测点只要能放置仪器就可以直接测定变形体上的目标点的相对位置变化，不需要设基准点，若变形观测点由于种种原因不易设置仪器时，GPS测量可以快速便捷的校核观测基准点的稳定性，这样一来就不需要设置复杂的参考网，节省时间和精力，提高工作效率。
结语
水利工程测量体系中，GPS技术取得了良好的测量效果，降低了操作难度，充分提高了测量精度，是未来长期发展的主要测量手段，充分促进了经济效益和竞争实力的提高。科技进步的新形势下，GPS新型卫星发射技术逐步提升，国内自主研制的卫星“北斗”已经成功发射入轨，为动态用户的测量提供了更为精确可靠的保证。可以预见在未来很长一段时间内，GPS技术仍将作为主要测量手段得到发展，并且会逐渐深入到更多的领域中发挥巨大作用。
参考文献
[1]张艳华,庞巧东.谈GPS在水利工程测量中的应用[J].山西建筑,2013,39(07):210-211.