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GPS系统在水利工程测量中的应用


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2009 年第 10 期

GPS 系统在水利工程测量中的应用
胡水平 (瑞金市水务局, 江西 瑞金 342500 )
摘 要: 介绍了 GPS 系统的组成以及测量特点,阐述了 GPS 系统在工程测量方面的应用。 关键词: GPS; 水利工程; 测量; 应用

/>GPS 因其所具有的特点 :高精度 、 全天候 、 高效率 、 多功能 、 操作简 便、 应用广泛等,使得在测绘领域得到极大的发展和应用 ,促进了水利工 程测量的发展。 GPS 系统主要包括三大部分:地面控制部分、 空间部分、 用户设备部 分。其各部分既是具有独立的功能和作用,又是一个配合在一起的有机 整体系统。各系统的工作原理和作用,这里不再累述,在工作中的实际运 用,主要是用户设备部分。 1 GP S 定位系统的组成 GPS 定位系统由 GPS 卫星组成的空间部分、 若干个地面监控站组成 的地面监控系统和以接收机为主体的用户定位设备三部分组成。 三者有 各自独立的功能和用途,但又是有机地配合而缺一不可的整体系统。 1.1 空间卫星群 GPS 的空间卫星群由 24 颗高约 20 万 km 的 GPS 卫星群组成, 并均 匀分布在 6 个轨道面上,各平面之间交角为 60° , 轨道和地球赤道的倾 角为 55°,卫星的轨道运行周期为 llh58min,这样可以保证在任何时间和 任何地点地平线以上可以接收 4 到 11 颗 GPS 卫星发送出的信号。 1.2 GPS 的地面控制系统 GPS 的地面控制系统包括 1 个主控站、 3 个注入站和 5 个监测站,主 控站的作用是根据各监控站对 GPS 的观测数据计算卫星的星历和卫星 钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入卫星中去,同时还对卫星 进行控制,向卫星发布指令,调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星 信号,监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到 卫星中去。 GPS 地面控制系统主要设立在大西洋、 印度洋、 太平洋和美国 本土。 1.3 GPS 用户部分 GPS 的用户部分由 GPS 接收机、 数据处理软件及相应的用户设备如 气象仪器等组成,其作用是接收 GPS 卫星发出的信号,利用信号 计算机、 进行导航定位等。在测量领域,随着现代科学技术的发展,体积小、 重量 轻、便于携带的 GPS 定位装置和高精度的技术指标为工程测量带来了 极大的方便。 2 GP S 系统测量的特点 相对于常规测量来说,GPS 测量主要有以下特点:第一,测量精度高。 GPS 观测的精度明显高于一般常规测量,在小于 50km 的基线上,其相对 定位精度可达 10~6ppm,在大于 1000km 的基线上可达 10~8ppm。第二, 测站间无需通视。GPS 测量不需要测站间相互通视,可根据实际需要确 定点位,使得选点工作更加灵活方便。第三,观测时间短。随着 GPS 测量 技术的不断完善,软件的不断更新,在进行 GPS 测量时,静态相对定位每 站仅需 20min 左右,动态相对定位仅需几秒钟。 第四,仪器操作简便。 目前 GPS 接收机自动化程度越来越高,操作智能化,观测人员只需对中、 整平、 量取天线高及开机后设定参数,接收机即可进行自动观测和记录。第五, 全天候作业。 GPS 卫星数目多,且分布均匀,可保证在任何时间、 任何地点 连续进行观测,一般不受天气状况的影响。 第六,提供三维坐标。 GPS 测量 可同时精确测定测站点的三维坐标,其高精度已可满足四等水准测量的 要求。 3 GP S 在水利工程测量中的应用 3.1 GPS 测量的外业实施 根据测量任务书的要求,测区内不设 GPS E 级网 , 并利用静态点进 行图根控制工作,本项目使用中海达 4 台组合同时观测,解算使用随机软 件中海达测量数据处理包。 GPS 的外业实施包括 GPS 点的选埋、 观测、 数 据传输及数据预处理等工作。

3.1.1 选点 根据工程要求,共埋设 13 个埋石点,编号从 WASDZ- 1 到 WASDZ- 13 号。具体选点应遵守以下原则:第一,点位应设在易于安装接收设备、 视 野开阔的较高点上。第二,点位目标要显著 , 视场周围 15° 以上不应有 障碍物,以减小 GPS 信号被遮挡或被障碍物吸收 。 第三 , 点位应远离大 功率无线电发射源 , 其距离不小于 200m; 远离高压输电线和微波无线 电信号传送通道 , 其距离不得小于 50m, 以避免电磁场对 GPS 信号的干 扰。 3.1.2 标志埋设 埋石点严格按四等水准标进行埋设 , 在埋设的四等水准标上进行 GPS 静态观测。 3.1.3 观测 在控制点标石埋设完毕后,应使其稳定一段时间 , 经过一个雨季 , 使 之稳固后再进行观测。为了提高 GPS 观测的精度与可靠性,GPS 点间应 构成一定数量的由 GPS 独立基线构成的非同步闭合环,使 GPS 网有足够 的多余观测。考虑到万安水电站工程控制网的精度要求与用途,计划平 均每点设站率 N≥2,尽量增加多余观测基线,使得每条基线得到充分检 核,提高整网的可靠性。 1)观测准备:对所用观测仪器进行检验 ;利用 GPS 有关软件 , 查阅测 区卫星可见性预报表,合理选择最佳观测时段;根据观测要求、 卫星可见 性预报表、 各点的周围环境及交通状况制定详细的工作计划、 工作日程、 人员调度表、 观测要求一览表等。 2)GPS 观测:GPS 作业方式采用静态相对定位模式。 GPS 观测须满足 以下有关条件。观测要求:GPS 测量作业基本技术要求见表 1。 表 1 GPS 测量作业基本技术指标

观测组严格按照调度表规定的时间作业,保证同步观测同一卫星组; 对设有观测墩的控制点进行强制对中,对联测的国家点用经检验的光学 对中器对中。为消除天线相位中心偏差对测量结果的影响,安置天线须 严格整平,使天线标志线指北,定向误差不大于 5°;天线高测前、 测后各 量测一次。量测时,须使用厂家配套的天线高量测尺,将钢尺尽可能垂直 拉紧,准确量取,估读到 0.1mm,并且其互差不得大于 3mm。 3.2 GPS 数据处理 数据解算采用中海达随机测量数据处理软件包进行解算。 把外业采 集数据文件传入电脑,在随机软件中输入测站信息,然后进行基线解算。 解算平差样式设置采用 95%置信界限。 参考文献 [1] 李超洪.浅谈水利工程的施工测量[J].中国科技信息,2009,(2). [2] 叶毕升.浅谈 GPS 测量在水利水电工程中的应用[J].科技创新报, 200815).

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