GPS測量技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用研究論文

　　0 引言

　　全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，英文簡稱GPS），工作基本原理是通過人造衛(wèi)星進行定位測量或授時。這種定位有著獨特的優(yōu)勢 ，如速度快、全天候、儀器輕便、自動化程度高等等，因此在各等級的控制測量工作中均已廣泛應(yīng)用。目前．我國已建立了 A、B 兩級國家 GPS 控制網(wǎng)。

　　1 GPS 簡介

　　1.1 GPS 的組成

　　GPS 衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶設(shè)備三個部分組成全球定位系統(tǒng)。

　　1) GPS 衛(wèi)星星座

　　24 顆人造衛(wèi)星其中 3 顆衛(wèi)星備用組成 GPS 衛(wèi)星底座 ，工作衛(wèi)星分布在 6 個固定的軌道面上 ，如圖 1 所示 ，處于地平線以上的衛(wèi)星數(shù)目是變化 ，少時為 4 顆．多時達(dá) 11 顆。

　　2) 地面監(jiān)控系統(tǒng)

　　全球 5 個地面站組成 GPS 的地面監(jiān)控系統(tǒng) ，按功能地面站分為三類 ，分別為主控站、注入站和監(jiān)測站。這三類地面站有著不同的功能 ，又相互協(xié)作共同完成信息采集。

　　主控站主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理地面監(jiān)控系統(tǒng) ，由主控站對觀測資料進行數(shù)據(jù)處理 ，然后由注入站向人工衛(wèi)星發(fā)送一系列描述衛(wèi)星運動及其軌道參數(shù)的數(shù)據(jù) ，最后經(jīng)檢測站監(jiān)控工作中衛(wèi)星的工作狀態(tài) ，并將采集的數(shù)據(jù)處理后發(fā)送到主控站。

　　1.2 GPS 網(wǎng)的布設(shè)方式

　　GPS 網(wǎng)的連接形式比常規(guī)測量網(wǎng)具有獨特優(yōu)勢是靈活性大。常見的 GPS 網(wǎng)有點連式、邊連式、邊點混連式和網(wǎng)連式。

　　2 GPS 測量水利的外業(yè)工作

　　2.1 選點與立標(biāo)

　　GPS 水利測量時應(yīng)該遵循四大原則 :

　　1) 測量點選擇交通便利、周圍無障礙物的地方 ，視野開闊保證有足夠的視場 ；另外測量點地面基礎(chǔ)牢固 ，而且易于下次找到 ，保存測量點的位置。

　　2) 測量點選擇在至少 200 米內(nèi)沒有大功率無線電發(fā)射源 ；離高壓線的距離不得小于 50m，以避免高壓線產(chǎn)生的電磁場對GPS 信號的干擾。

　　3) 測量點選擇在無強烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體 ，如大面積水域是強烈的干擾物 ，因此要避免大面積水域。如此選擇的目的是為了避免多路徑效應(yīng)。

　　4) 測量點選擇時 ，有就測量點不選新的測量點。使用舊的測量點前對舊點的穩(wěn)定性和完整性進行檢查 ，符合要求繼續(xù)使用。另外 GPS 網(wǎng)點要鋪設(shè)標(biāo)志性的標(biāo)石。為準(zhǔn)確標(biāo)定點位 ，另外選擇標(biāo)石也有要求 ，選擇的標(biāo)石要穩(wěn)定、堅固以便長久使用。預(yù)埋標(biāo)石后及時標(biāo)記和更新選點網(wǎng)圖。

　　2.2 制定水利外業(yè)測量計劃

　　制定良好的計劃有助于順利完成數(shù)據(jù)采集任務(wù) ，還可以保證測量精度并且提高測量工作效率 ，測量計劃這么重要 ，觀測計劃的內(nèi)容有 ：

　　1) 編制 GPS 衛(wèi)星的可見性預(yù)報圖。

　　2) 選擇衛(wèi)星的幾何圖形強度。在 GPS 定位過程中 ，測量衛(wèi)星與觀測站形成的幾何圖形 ，用空間位置因子 (PROP) 表示其強度。選擇位置是 PDOP 不應(yīng)大于 6。

　　3) 選擇最佳觀測時間段。在工作衛(wèi)星大于等于 4 顆的時候 ，進行測量最佳時間段 ，這樣得到數(shù)據(jù)更加精確。如果 GPS網(wǎng)規(guī)模較大時 ，可以選擇劃分觀測區(qū)域 ，從而實施分區(qū)觀測。

　　2.3 水利工程外業(yè)觀測

　　外業(yè)測量工作開始后 ，外業(yè)工作人員必須遵守測量工作調(diào)度表規(guī)定進行測量 ，方便工作安排。

　　1) 天線安裝要求

　　接收機天線安裝時 ，圓水準(zhǔn)氣泡必須嚴(yán)格居中 ，此時接收天線的定向標(biāo)志線應(yīng)指向北 ，用于減弱相位中心偏差的影響。

　　2) 安裝天線高度要求

　　接收天線安裝好后 ，在以天線為中心 ，在天線周圍 120°三個方向測量天線高度 ，三者之間差值小于 3m，然后在有效數(shù)值下記錄平均值。

　　觀測員完成預(yù)定作業(yè)項目后 ，經(jīng)審核合格后并且完整記錄數(shù)據(jù)才可遷站。

　　2.4 外業(yè)測量的誤差分析

　　1) 系統(tǒng)誤差

　　儀器的精密度和外界條件變好是系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的兩個主要原因。例如 ，量距時所用的鋼尺存在尺長誤差 ，則每量一整尺距離就產(chǎn)生一個相應(yīng)的誤差 ；同樣當(dāng)溫度變化時會引起鋼尺的長度變化 ，其引起量距誤差為濕皮變化值的函數(shù) ，這些都是系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差具有象積性質(zhì)，而且一般總是可以預(yù)期出現(xiàn)，并按其出現(xiàn)的規(guī)律采取相應(yīng)的措施以消除和減弱它的影響。例如 ，鋼尺量距時 ，先檢定鋼尺 ，求出尺長改正數(shù) ，在觀測時測定溫度 ，然后在測量結(jié)果中將尺長修正 ，即可消除尺長誤差和溫度變化對距離的影響。

　　2) 偶然誤差

　　偶然誤差是由于人、儀器和外界條件等多方面因素引起的，但不能確知其產(chǎn)生的具體原因 ，具有隨機性。例如 ，無論是水準(zhǔn)測量 ，還是角度側(cè)量 ，用望遠(yuǎn)鏡的十字絲照準(zhǔn)目標(biāo)時 ，由于望遠(yuǎn)鏡的分辨能力、放大倍率的限制以及空氣透明度、目標(biāo)折射率等影響 ，使照準(zhǔn)目標(biāo)或偏左或偏右產(chǎn)生照準(zhǔn)誤差 ，也使估讀數(shù)值變化不定產(chǎn)生讀數(shù)誤差。這些誤差都屬于偶然誤差。

　　偶然誤差的大小和符號隨著各種偶然因索的綜合影響在不斷地變化 ，不同于系統(tǒng)誤差 ，它不能夠用有效的方法來消除 ，但可以進行總體控制 ，因為這種誤差總體而言 ，服從一定的統(tǒng)計規(guī)律 ，可利用概率論和數(shù)理統(tǒng)計方法來分析。

　　3 結(jié)論

　　水利工程建設(shè)十分重要 ，關(guān)系到很多方面 ，因此在測量過程中 ，測量員要精益求精 ，采用高科技手段進行輔助測量 ，GPS 測量技術(shù)在以后測繪工作中應(yīng)用越來越廣泛。

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