浅谈gps在水利工程的应用与分析

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1、浅谈GPS在水利工程的应用与分析摘要：GPS测量具有传输速度快、传输距离运、全天候作业、观测时间短、定位精度高、提供三维坐标等优点。GPS在包括水利工程等很多领域得到了广泛应用，为水利工程提供了极大便利，该文主要阐述了GPS技术特点、GPS在水利工程中的应用以及存在的问题。　　关键词：GPS水利工程应用分析　　　　1、GPS技术及其特点　　全球定位系统是美国从上世纪70年代开始研制，历时20a，耗资$200亿，于1944年全面建成，具有在海陆空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。　　1.1GPS系统组成　　GPS由3部分组成；（

2、1）空间部分由24颗GPS卫星组成，卫星以6个轨道均匀地分布在20200km的高空中，运行周期约为12h，可以保证在全球的任何位置、任何时间均可以同时观测到4颗以上卫星；（2）地面临界控部分由监测站、主控站和注入站组成，主要完成对卫星的监视对卫星数据的获取以及将卫星星历注入卫星的存贮系统等功能；（3）用户设备主要是GPS接收机，接收机采用空间距离交会的方式，在接受到卫星发来的信号后经过数据处理即可解算出基本红向量以及点位坐标。　　1.2系统原理　　GPS导航系统的基本原理是测理出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据对接受机的具体

3、位置进行定位。为了实现这个目标，从卫星星历中查出卫星的位置。而通过记录卫星信号传播到用户的三维坐标x、y、z和卫星与接收机之间的时间差，利用至少4颗卫星不断发送的导航电文解出4个未知数，从而确定用户的具体位置。　　1.2特点　　（1）测量精度高，全天候作业　　GPS技术能为用户提供连续，实时的三维位置、三维速度各精密时间，不受天气的影响而全天候工作，采用差分定位，这完全可以满足水下地形点的平面位置精度要求。　　（2）能侧量不规则区域　　GPS技术能对不规则的待测区域及较大的区域的面积通过航迹测量面积的方法来测量，沿着运行线路画出一条轨迹，从而计算出该轨

4、迹所围区域的面积。　　2、GPS在水利工程中的应用与分析　　水利工程从设计阶段到施工建设及竣式验收一直到安全运营监测和环境监测等均需要及时准确的高精度测量数据为其提供各方面的信息，从以往传统的测量方式来看：在一些特殊地区传统的测量仪器和方法难以保证数据的必要精度；GPS的出现和应用使这些问题迎刃而解。　　水利工程的设计阶段首先需要利用势性很好的地形图来确定坝址的具体位置以及汇水面积。因水利工程大多处在地形复杂、高差变化比较大的困难地区，如采用传统的三角测量或导线测量的方式进行控制测量，要想达到规定的精度需花费大量的人力、物力和财力，而且以前经典的GPS

5、静态测量模式的测量精度可达10-6精度，若增加观测时间或采用精密星历或精密结算软件观测精度还会继续提高。这样的精度完全可以满足水利工程控制测量的需要，但是试验表明GPS的工作效率却远远高于传统的测量模式。碎部测量若采用目前最新的GPSRTK（载波相位实时动态差分定位）技术工作效率还可进一步提高。　　2.1滑坡监测　　水利工程中，在进行滑坡监测时，要求出监测点的相对位移量，而监测点的相对位移量可以通测量监测点的大地高的精确变化来得知，这样就能正确反映滑坡的变形状况。利用GPS可以精确测量出测定测点在ET（Multi2pathEliminationTech

6、mology）可使多路径误差减少60%;而随后开发的消除多路径延迟的锁相环路MEDLL（MultipathEliminatingDelayLockLoop）技术则可使接收机减少90%的多路径误差,虽然这两项技术的应用在国内还未见详细报道,但是它却说明了GPS可以广泛用于水利工程的可能性。　　另外,根据一些滑坡等工程GPS监测资料的分析结果和实验研究成果来看,目前GPS监测水平位移的精度较高,而监测垂直位移的精度较低（约比水平位移的监测精度低2倍）,这种状况使得在水利工程勘测阶段、高精度变形监测中还难以利用GPS同时精确测定平面和垂直位移。目前可以采用G

7、PS水准、曲面拟合的方法来提高GPS高程测量的精度,如果对于变形监测不考虑高程系统的差别而只考虑相邻两次的高差变化,则直接使用大地高差精度会有进一步地改善。　　4、针对以上问题做出以下措施　　4.1建立GPS与其它变形临测技术集成组成的综合变形监测系统。为克服GPS技术用于变形监测的不足和局限性，根据变形监测的对象和目的，将GPS与其变形监测技术（如测量机器人、INSAR、数字近景摄影测量和特殊变形测量技术等）集成组合形成综合变形监测系统，可实现不同监测技术之间的优势互补。例如，将GPS与IN2SAR集成组合成GPS/INS变形监测系统，可从离散点位测

8、定进入到四维形变场。（x,y,z,t）整体动态精确测定，使GPS变形监测技术应用范围更加广阔。