GPS测量技术在水利工程测量中的应用

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摘 要本文根据水利工程的建设经验,对于GPS在实际中的应用进行讨论,从而拓展GPS的应用范围,同样希望对水利工作者有一定帮助.

关 键 词水利工程；GPS测量；户外作业；误差分析

中图分类号TV5文献标识码A文章编号1674-6708（2014）123-0139-02

0引言

全球定位系统（GlobalPositioningSystem,英文简称GPS）,工作基本原理是通过人造卫星进行定位测量或授时.这种定位有着独特的优势,如速度快、全天候、仪器轻便、自动化程度高等等,因此在各等级的控制测量工作中均已广泛应用.目前.我国已建立了A、B两级国家GPS控制网.

1GPS简介

1.1GPS的组成

GPS卫星星座、地面监控系统和用户设备三个部分组成全球定位系统.

1）GPS卫星星座

24颗人造卫星其中3颗卫星备用组成GPS卫星底座,工作卫星分布在6个固定的轨道面上,如图1所示,处于地平线以上的卫星数目是变化,少时为4颗.多时达11颗.

图1GPS卫星星座

2）地面监控系统

全球5个地面站组成GPS的地面监控系统,按功能地面站分为三类,分别为主控站、注入站和监测站.这三类地面站有着不同的功能,又相互协作共同完成信息采集.

主控站主要负责协调和管理地面监控系统,由主控站对观测资料进行数据处理,然后由注入站向人工卫星发送一系列描述卫星运动及其轨道参数的数据,最后经检测站监控工作中卫星的工作状态,并将采集的数据处理后发送到主控站.

1.2GPS网的布设方式

GPS网的连接形式比常规测量网具有独特优势是灵活性大.常见的GPS网有点连式、边连式、边点混连式和网连式,连接模型如图2.

图2GPS网的布设形式

（a）点连式（b）边连式（c）边点混连式（d）网连式

2GPS测量水利的外业工作

2.1选点与立标

GPS水利测量时应该遵循四大原则：

1）测量点选择交通便利、周围无障碍物的地方,视野开阔保证有足够的视场；另外测量点地面基础牢固,而且易于下次找到,保存测量点的位置.

2）测量点选择在至少200米内没有大功率无线电发射源；离高压线的距离不得小于50m,以避免高压线产生的电磁场对GPS信号的干扰.

3）测量点选择在无强烈干扰卫星信号接收的物体,如大面积水域是强烈的干扰物,因此要避免大面积水域.如此选择的目的是为了避免多路径效应.

4）测量点选择时,有就测量点不选新的测量点.使用旧的测量点前对旧点的稳定性和完整性进行检查,符合要求继续使用.另外GPS网点要铺设标志性的标石.为准确标定点位,另外选择标石也有要求,选择的标石要稳定、坚固以便长久使用.预埋标石后及时标记和更新选点网图.

2.2制定水利外业测量计划

制定良好的计划有助于顺利完成数据采集任务,还可以保证测量精度并且提高测量工作效率,测量计划这么重要,观测计划的内容有：

1）编制GPS卫星的可见性预报图.

2）选择卫星的几何图形强度.在GPS定位过程中,测量卫星与观测站形成的几何图形,用空间位置因子（PROP）表示其强度.选择位置是PDOP不应大于6.

3）选择最佳观测时间段.在工作卫星大于等于4颗的时候,进行测量最佳时间段,这样得到数据更加精确.如果GPS网规模较大时,可以选择划分观测区域,从而实施分区观测.

2.3水利工程外业观测

外业测量工作开始后,外业工作人员必须遵守测量工作调度表规定进行测量,方便工作安排.

1）天线安装要求

接收机天线安装时,圆水准气泡必须严格居中,此时接收天线的定向标志线应指向北,用于减弱相位中心偏差的影响.

2）安装天线高度要求

接收天线安装好后,在以天线为中心,在天线周围120°三个方向测量天线高度,三者之间差值小于3m,然后在有效数值下记录平均值.

观测员完成预定作业项目后,经审核合格后并且完整记录数据才可迁站.

2.4外业测量的误差分析

1）系统误差

仪器的精密度和外界条件变好是系统误差产生的两个主要原因.例如,量距时所用的钢尺存在尺长误差,则每量一整尺距离就产生一个相应的误差；同样当温度变化时会引起钢尺的长度变化,其引起量距误差为湿皮变化值的函数,这些都是系统误差.系统误差具有象积性质,而且一般总是可以预期出现,并按其出现的规律采取相应的措施以消除和减弱它的影响.例如,钢尺量距时,先检定钢尺,求出尺长改正数,在观测时测定温度,然后在测量结果中将尺长修正,即可消除尺长误差和温度变化对距离的影响.

2）偶然误差

偶然误差是由于人、仪器和外界条件等多方面因素引起的,但不能确知其产生的具体原因,具有随机性.例如,无论是水准测量,还是角度侧量,用望远镜的十字丝照准目标时,由于望远镜的分辨能力、放大倍率的限制以及空气透明度、目标折射率等影响,使照准目标或偏左或偏右产生照准误差,也使估读数值变化不定产生读数误差.这些误差都属于偶然误差.

偶然误差的大小和符号随着各种偶然因索的综合影响在不断地变化,不同于系统误差,它不能够用有效的方法来消除,但可以进行总体控制,因为这种误差总体而言,服从一定的统计规律,可利用概率论和数理统计方法来分析.

3结论

水利工程建设十分重要,关系到很多方面,因此在测量过程中,测量员要精益求精,采用高科技手段进行辅助测量,GPS测量技术在以后测绘工作中应用越来越广泛.