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摘要：GPS技术在水利工程测量中的应用是水利工程测量的一个新的突破，可谓是一项革命性的技术革新，它彻底改变了传统的作业理念与方法，极大地提高了测量的效率和测量精度。特别是随着实时动态定位（GPS）技术在水利工程测量的广泛应用，今后我国的水利工程测量工作将会愈加完善。本文分析讨论了GPS工作原理、特点及其一些问题，并着重讲解了GPS技术在水利工程测量中的应用。
关键词：水利工程；工程测量；GPS技术；应用分析
1GPS的基本原理
GPS的布置中，是由24颗卫星的卫星群所组成的，GPS需要24颗卫星只是最基本的数目。这个数目可以保证全球每个地方任何时刻至少能看见4颗卫星，这24颗卫星分布在6个轨道面，因此每个轨道的平面夹角为60°，每个轨道面有4颗卫星。GPS系统的接收机都是采用无源定位方式。通过地面的控制部分，诸如主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统可以对于卫星的位置以及工作状况进行实时的监控以及相关指令的发出，同时也可以根据实际情况更改卫星的相关参数，在实际应用中普通用户也都可以利用GPS信号接收机接收到信号后，利用数据处理软件信号进行处理以达到导航定位及其他功能。在民用的GPS应用的精度就可达10米范围内，由此可见一旦GPS系统利用在大型国有企业、军方以及相关科学院等方面的精确度会大大地提升，对于地形地势的观察十分的直观、清晰。
2GPS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300-1500m这个阶段中的工程精度定位中，在持续工作长达1h以上之后，其工作所得出的平面位置误差仍然小于1mm。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。
3GPS在水利工程工程测量中存在问题
3.1GPS技术测量依然存在着一定的误差
就笔者看来，目前GPS技术在水利工程测绘中应用的不足首先体现在误差方面。由于水利工程建设是一项大型的建设，并且直接关系到我国农业的发展水平，所以在测量的过程中，测量误差是不允许出现的。经调查发现，GPS技术在测量的过程中出现的误差主要是由于测量人员的疏忽、测量方法不正确等几个方面导致的。
3.2技术人员操作水平较低
GPS技术在水利工程测量中的应用除了以上两个方面的问题和不足外，还有一个重要的问题就是GPS技术操作的主体，即技术人员方面的问题。由于GPS技术是一项比较高端的技术，如果GPS技术的操作人员业务水平低下，相关的技术知识薄弱，并且缺乏一定的技巧和经验，那么在测量的过程中，会出现许多方面的问题，进而导致测量误差的出现。所以，GPS技术的技术操作人员水平不高也是当下应用现状中需要解决的一个重要问题。
3.3所需要的时间问题
当在林区、山区以及高楼密集的地区进行作业时，GPS卫星信号将被阻挡，因此，采用RTK进行作业时常常要进行初始化，这样会使测量的效率、精度都受到影响，而要对这个问题进行解决，对机型的选择很关键，要选择初始化能力强并且所需要的时间较短的机型。
4GPS技术在水利测量中的应用分析
4.1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。
4.2高程测量
GPS定位技术在高程测量中的应用，就是对地面上的测量点进行三维定位，通过对工作卫星发射出的电波信号分析解读之后，直接读出大地高再经过水准测量得出高程异差和正常高，并得到目标地点的三维坐标值。首先测量所有目标测量区域内观测点的大地高e，再通过水准测量方法测量出观测点的正常高d，利用计算式高程差异q=e-d就能够得出目标观测点的高程异差。这一系列操作依次完成之后，运用GPS水准高程测量方法联测区域网中公共点的正常高，求出公共点的高程异差后，运用数据拟合方法计算出目标测量区域内其他观测点的正常高。
4.3变形观测和地形观测
在水利工程中，需要对水利建筑的地基、水库大坝及堤坝外围的位移、倾斜和沉降等变形情况进行监测。由于被观测的构筑物外围尺寸大，环境危险，所以需要较高的测量技术。传统测量方法中监测地基的沉降主要靠水准测量方法，利用三角测量的方法测量整体的倾斜和水平方向位移。GPS技术运用到变形观测中，可以在远离大坝的位置安置GPS接收机并选取几个基准点，同时在发生变形的区域内也安置GPS定位机并选取观测点，通过自动地不间断观测将数据传送到数据处理中心，经过计算后得到变形数据。而在水下地形观测工作中，传统测量方法同样遇到工作难度大的困扰。利用GPS技术可以很好解决这个问题，在测量水深之前在两个已知点安放GPS接收机，通过测得的数据计算出转化参数。然后对水下观测点进行定位观测，通过转化得到水下深度等数据，再利用相应软件得到水下地形图。
4.4GPS的外业测量
在GPS的外业测量中，最重要的是选点。所选的点位对于保证正确的测量结果有着十分重大的影响，因此当GPS外业测量工作进行选点时，一定要做好充足的准备工作。GPS的观测工作，其中最主要的两个方面是无线安置方面与开机观测方面，这两个方面的GPS观测工作与普通的观测工作流程有着很大的不同。在无线安置工作中，首先要做到的就是设置一个安置正常点，与其相应的天线应当被稳定地固定在三脚架平台上，且应当将安置在标志中心的上方与标志中心相对应，并在天线基座上的圆水准气泡也必须整平。如若遇到有风的天气，则应当将无线进行三面方向的固定。
4.5实时动态定位
实时动态定位分为两种：静态定位和动态定位。将两种定位方式相结合，并灵活地运用到水利工程的建设当中，就能够采集到所需的准确数据。
4.5.1静态定位
静态定位要求在GPS接收机上静止的观察和监测，并在观察和监测的同时计算出未知数及相关的数据。如果测得的结果变化趋于平稳，且符合要求，则此结果是真确无误并可以使用的；若测量结果变化较大时，则会存在较大的误差，需要重新测量。在一般的测量过程中，若采用普通的测量方法就会受到地形或是恶劣天气的影响，使得测量的结果误差较大。而采用静态测量的方法就会使得测量过程简单。且随着科技的不断进步，自动化程度不断加深，定位的精确度将不断提高，获得的数据也会更加准确。
4.5.2动态定位
动态定位就在某一定点观察几分钟后，按照最初的设计，以一定的间隔自动进行观测和采样。按照目前的技术水平，精确度已经达到毫米级别。动态定位较静态定位灵活，因而，在水利工程的测量中有着更为广泛的应用前景。例如完成：地图测绘、纵断面的测量、横断面的测量等，若是运用一般的仪器是很难测得的，而利用动态定位模式就能很轻松的解决。整个测量过程不需要通视，且其测量精度达到1～2厘米。因此，它具有一般仪器所没有的优点。
4.6在地形测图中的应用
在系统设置及初始化完成进行测量之前，要进行必要的测量检核，以便确保基站设置正确，测量数据可靠。常用的检核方法有几个方面：1用已知点检核比较，即用RTK测量一些控制点的坐标，把它与已知坐标进行比较检核，发现问题及时采取措施改正。经过实践表明，这种方法比较可靠。2重测比较，设置完成后先测几个固定点坐标，如果测区已有RTK点，即重测已有RTK点坐标进行比较；如果没有，可重新设置仪器，重测刚才测过的RTK点进行比较，同时可用全站仪测量各测点间的距离和高差，用距离反算和高差较差来检核成果的精度。
4.7布网工作
测量工作中，在选点完成后，接下来所需要完成的就是布网工作，在工程测量中，对于带状和线路状的工程测量，比如引水工程，采用点连式或者是边连式的方式以组成连续发展的三角锁同步图形，建立相应的施工变形监测网和工程控制网，并且运用网连式布设，增强网形的几何强度，提高GPS控制的可靠性以及数据精度。
5GPS技术在水利工程测量中的应用前景
随着我国经济的飞速增长，对水利工程的不断投入和重视，水利工程测量设计行业硬件设施以及软件技术的发展，我国的水利工程建设迎来了新的发展机遇和新的挑战。挑战意味着对水利工程测量设计要求更为严格。除了对硬件设施的要求更高，软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持，实现设计、施工前、测量等所有过程管理一体化的数据链，避免出现返工，数据不完整等环节的出现。这是是水利工程测量内外一体化的要求，对水利工程测量起着关键作用。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，但常规测量方法受环境的限制，作业难度较大，效率相对而言较低。因此，水利工程测量在目前的技术条件下应用GPS技术应当是首选。而GPS技术作为GPS的一个主流，在水利工程中的应用，有着非常广阔的前景。当前，用GPS静态或快速静态方法建立沿线总体控制测量，为勘测阶段测绘带状地形图，路线平面、纵面测量提供依据，在水利工程施工阶段为闸门、渠道、堤坝建立施工控制网，这仅仅是GPS在水利工程测量中应用的初级阶段。今后，GPS技术将被更为广阔的推广，并且在不断的应用中，其技术将会更加完善。
结束语：
总上所述，GPS在各行各业都有着极为广泛的应用，尤其是在水利工程建设方面具有革命性的意义。极大的便利了水利工程的建设，且具有高精度、高效率等一些其他普通设备所没有的优点。但是我国科技发展较晚，很多技术的开发和使用还很不完全。因而GPS在水利工程建设的投入使用中还存在很多问题需要我们去克服。因此，如何有效地利用技术使之更为完善还有待我们进一步的探索。
参考文献
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