GPS高程测量及在水利测绘工程中的应用分析

GPS高程测量及在水利测绘工程中的应用分析

李燕燕 

身份证号码：452224198209152560

摘 要：提高水利测绘工程的工作效率、保障水利工程的安全运营是是我国经济发展的命脉和头等大事。目前，全球定位系统GPS以其实时、连续、精度高、全天候测量和自动化程度高等优点，现阶段GPS高程测量在水利测绘工程中的应用越来越广泛。本研究主要对GPS测量高程技术及其特点进行了概述，并对GPS高程测量在水利测绘工程中的应用进行了深入探讨，针对目前GPS在水利工程中的应用现状及存在的问题进行了分析。

关键词：GPS高程测量；水利测绘工程；

前言

随着社会经济的快速发展，以及国家和政府对水利工程建设投资的加大，使得年都会建设大批的水利工程。而随着科学技术的迅猛发展，全球定位系统GPS作为新一代的卫星导航与定位系统，以其多功能、全天候、高精度、高效率、操作简便等系列显著特点，大大地降低了劳动强度，提高了工作效率，已经在水利测绘工程领域中得到了广泛的应用。

1、GPS高程测量的基本概述

1.1 GPS的定位原理

GPS高程测量的基本定位原理充分利用了全球24颗导航定位卫星系统来提供全天候长期连续全免费的标准定位服务，是指在用户接收到卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息后，利用计算机计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。

1.2 GPS高程测量系统组成

GPS高程测量系统主要由空间部分、地面监控部分以及用户设备3部分组成。 其中空间部分由24颗均匀地分布在20200km的高空中的GPS卫星组成，卫星运行周期约为12 h，能够确保可以在任何时间、任何位置同时观测到4颗以上的卫星；地面监控部分是分为监测站、注入站和主控站三个部分，其主要功能是实现对卫星数据的获取并将卫星星历注入卫星的存贮系统，以及对卫星的监视等功能；而用户设备则主要是指GPS的接收机，在接受到卫星发来的信号后可以实现对基线向量以及点位坐标的准确测量。

1.3 GPS高程测量的特点

现阶段GPS高程测量在水利测绘工程中的应用越来越广泛，主要是由于全球定位系统GPS具有实时、连续、精度高、全天候测量和自动化程度高等优点。首先，GPS高程测量精度高，并且可以不受天气的影响进行全天候作业。GPS高程测量能为用户提供连续，实时的精密时间、三维速度和三维位置，完全满足水下地形点的平面位置精度要求，其采用差分定位的方式能够保证在动态的情况下解算的点位精度可达到mm级；其次，GPS高程测量大大降低了测量作业的劳动强度。不但节省了常规测量所需要的造价费用，还简化了常规测量的测量步骤。

2、GPS高程测量在水利测绘工程中的应用

2.1 不同阶段对工程的具体分析

在规划设计阶段，要深入工程实地进行地质结构形式及平面高程控制测量，其目的是全面掌握河流、湖泊相关信息，为后续作业提供准确的参考依据。施工建设阶段的主要测量任务是布设施工控制网，准确测量工程建筑物的轴线，进而确定设备安装的具体位置，提高测量精确性，强化工程建设效果。

2.2 截流施工

GPS高程测量可以在水利测绘工程中的截流施工中进行应用。由于水利测绘工程受水下地形、水下温度等水下环境的影响，传统的测量方法由于测区范围有限、测量精度不高、时间上不能满足、工作量大等限制条件的影响不能满足对水利测绘工程的数据采集的要求，加之截流的工期一般都比较紧张，而且水下地形复杂、作业条件差，而采用GPS高程测量系统进行施工控制测量不仅可以通过系统自动采集水深和定位数据，实现对水下地形测量，还能能大大提高并保证施工生产的效率，确保作业的精准度和准确性，保证作业的顺利进行。

2.3 滑坡监测

GPS高程测量可以在水利测绘工程中的滑坡监测中进行应用，能够正确反映滑坡形变情况。通过对监测点的相对位移量的测量，确定监测点大地高的精确变化，进而正确反映滑坡形变情况。

2.4 变形监测

GPS高程测量可以应用到坝体的变形监测当中去。对大坝进行变形监测是大型水利工程竣工后运营期间必不可少的重要环节。全球定位系统GPS因其实时、连续、精度高、全天候测量和自动化程度高等优点，不仅可以获取长时间大量的变形监测数据，还能进行变形分析，并实现对大坝的实时连续变形监测系统的建立工作，从而为大坝变形监测工作提供了强有力地保证。

3、GPS高程测量在水利测绘工程中应用存在的问题

3.1多路径效应

由于水利测绘工程中的大部分为水域面积，而水域面积有严重的接收卫星信号的多路径效应。正是这种多路经效应使得GPS高程测量的数据结果存在一定误差，从而限制了高程测量的准确性，也一个严重制约着GPS在水利工程中广泛应用的主要因素。想要降低或者消除多路经效应所带来的误差可以通过多路经误 差消除技术、多路径延迟的锁相环路技术、或者在天线下面增加抑径圈或抑径板的方法减少多路径误差，以上方法可以减少30%到90%的误差。

3.2 垂直位移精度较低

一般情况下，通常所说的GPS高程测量精度高是指GPS监测系统水平位移的精度较高。但是GPS高程测量系统监测的垂直位移的精度大概是水平位移的监测精度的一半，主要是受到垂直位移测量的高程异常的不确定性影响，正是这种因素使得GPS监测系统在水利测绘工程中垂直位移的高精度变形监测、勘测阶段存在一定困难，难以利用GPS同时精确测定水平和垂直位移。想要提高GPS监测系统垂直位移的精度可以采用曲面拟合、GPS水准等方法改善测量精度。

3.3 测量精度受距离影响

由于一定的范围内基准站和流动站的伪距观测值存在一定的相关性，就导致随着测量距离的增加，GPS高程测量系统的定位精度会逐渐下降。加之单基准站和差分GPS网所提供的差分改正信号不区分各种误差源及其影响的大小，直接导致GPS高程测量系统的测量精度受到测量距离的影响。

3.4 噪声干扰

由于水利测绘监测点经常出现短时间内变形的弱信号，以及测绘误差导致的强噪声，就会使G PS高程测量在进行动态变形监测过程中经常受到强噪声的干扰。因此，怎样才能将变形导致的微弱的特征信息从强噪声干扰的序列观测数据中提取出来是目前提高变形监测的精度的关键。可以采用通过分析变形的幅值、频率等主要变形特征减少误差。

4、强化GPS高程测量技术在水利工程测量测绘领域应用效果的具体措施

4.1 加大GPS高程测量技术应用投入力度

水利工程测绘测量单位在开展实际工作的过程中，要加大对GPS测量作业的重视和投入，加强对GPS高程测量技术的研究，确保其在水利工程测量领域发挥优势价值，减小误差，提高测量精确度，从根本上保障工程建设质量。

4.2 强化一线测量技术人员综合素质培训

在水利工程测绘测量领域应用GPS高程测量技术，应当确保一线技术人员综合素质。测量单位要加大对技术人员的技能培训强度，定期开展职业素质教育，并采取考核制度，通过评价阶段性考核成绩，激发其积极主动性，促使其掌握扎实的测量技术。

4.3 拓展工程监测网络应用范围

在水利工程测绘测量领域，合理应用GPS高程测量技术，可以在保障作业质量的基础上拓宽作业范围。基于此，在实际测量作业环节，应积极将GPS高程测量技术引入渠道管线测量中，进而减小周围环境因素对测量精确性的不利影响，强化作业质量，杜绝返工问题的发生。与此同时，在观测过程中，还可以应用GPS高程测量技术简化传统作业流程，以免布设复杂的参考网络，节约时间成本。

5、结语

经过以上分析不难发现，GPS高程测绘技术的应用对于提高水利测绘工程的测量效率、精确测量数据的准确度、保证水利工程的整体质量等方面都具有明显的积极作用，能够让工作人员实现对水利工程的全面把控。所以相关工作人员应当加深对GPS高程测量技术的研究力度，不断深化专业知识，优化测绘方案，为进一步完善水利测绘工程的测量手段、提高水利测绘质量作出更多的贡献。

参考文献：

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