浅谈GPS在水利工程中的应用
摘要：本文结合笔者多年的工作实践，对gps系统的发展和工作原理进行了概述，并对gps在水利工程中的应用，包括在大坝变形监测、滑坡监测、截流施工、水下地形测量的应用以及静态gps测量系统的施工控制测量等进行了深入地分析，以期为相关工作者提供借鉴。
关键词：gps水利工程监测静态gps应用
中图分类号：tv 文献标识码：a 文章编号：
1、gps系统
1.1 系统简介
gps（全球定位系统）是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，是具有全球性。
全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全天候性优势的导航定位、定时、测速系统。
利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外用户还可以进行高精度的时间传递和精密定位其由24颗分布于不同轨道的gps卫星和3颗有源备份卫星的空间部分、地面控制系统和用户设备部分构成，全球覆盖率高达98%。
1.2 gps的组成
整个gps定位系统由三个部分组成：①由gps卫星组成的空中部分，这24颗gps卫星分布在6个倾角为55度、高度约为20200km 的高空轨道上绕地球运行。
卫星的运行周期约12恒星时，可保证
在全球的任何位置、任何时间同时观测到4颗以上卫星；②地面监控部分，由监测站、主控站和注入站组成，主要完成对卫星的监视，获取卫星数据以及将卫星星历注入卫星的存贮系统等；③用户设备，主要是gps接收机（移动站、基准站等）、数据处理软件及相应应用户设备。
接收机采用空间距离交会的方式，接受卫星发来的信号，经过数据处理解算出基线向量以及点位坐标。
1.3系统原理
gps导航系统的基本原理是测量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所用的时间，然后乘以光速就可以得到用户到卫星的距离，通过用户的三维坐标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。
1.4 系统特点
1.3.1 观测时间短
gps系统在不断升级改造中，软件在不断更新，目前，20km以内相对静态定位，只需要15-20分钟，快速静态相对定位测量时，流动站观测时间仅仅为1-2分钟，每站观测只需几秒钟，而且可随时定位。
1.3.2 定位精度高
近几年的gps使用情况统计结果表明，gps相对定位精度在
1000km可达10-9，100-500km可达10-7， 50km以内可达10-6。
在300-1500m工程精密定位中，一小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm，与me-5000电磁波测距仪测定的编程相比，其边长较差最大为0.5mm，校差中误差为0.3mm。
2、gps在水利工程中的应用与分析
2.1 大坝变形监测
大坝变形监测是水利工程中大坝运行情况的重要监测量，由于大坝变形监测具有可靠直观的特性，其已经作为国内外普遍采用的最主要监测量。
目前的水平位移监测自动化采用的主要方法（如真空激光准直法、引张线法、垂线法等）中不是由于出现意外人为因素或材料的原因导致测量精度无法保证，就是由于测量方法所需的条件比较苛刻。
利用gps技术解决这个问题比较简单，而且大大降低了劳动强度，提高了工作效率。
下面以黄河小浪底水利枢纽工程中gps的应用为例，对gps在大坝变形检测方面做一个介绍。
黄河小浪底水利枢纽工程由发电设施、泄洪系统和拦河大坝三大部分组成。
大坝的最大坝高为154m，坝底宽864m，坝顶长1667m，为壤土斜心墙堆石坝。
采用gps与常规测量相结合的方法测定各测点的垂直位移和水平位移，从而对大坝的变形情况进行监测。
在进行常规观测的同时，与使用gps接收机对大坝的各个测点的同步观测数据相比，结果表明，两种
的变形趋势是一样的，符合实际情况。
而常规监测耗时耗力，gps 则实现了自动采集数据，大大提高了测量效率，节省了开支。
2.2 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过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。
正常高是地面点沿垂线方向到似大地水准面的距离，大地高是地面点沿参考椭球面法线到参考椭球面的距离。
利用gps可以精确测量出测定测点在wgs-84坐标系中的大地高，然后利用gps测得的大地高与我国常用的正常高之间的差值，得出工程测量中需要的正常高，从而实现了滑坡监测。
2.3 截流施工
水下地形测量和施工控制测量是截流施工中需要进行的工作。
截流的工期一般都比较紧张，而围堰进占过程中出现的水深、落差大、流速快等情况给水下地形测量带来了诸多麻烦，直接影响着截流工期。
在过去进行截流施工时，由于采用传统的测量作业方式，出现速度慢、人工采集数据费时、时间不足、工作量大等问题。
采用gps 技术对施工控制中的水下地形测量和围堰控制测量，不仅能及时提供生产施工所需的地形数据如施工部位的水下地形图，还确保了施工测量的简单有效，保证了施工的顺利进行。
2.3.1 用实时差分法测量系统实施水下地形测量
在水利工程尤其是大型水坝的围堰回填和导流明渠水下开挖等
项目施工中，应用gps对水下地形进行测量，大大提升了工作效率，使截留施工得以顺利进行。
对水下地下地形测量时，过程简单：确定测图比例和范围；将范围输入计算机；设置基准站，处理好gps天线等各种线缆；打开gps 接收器，gps接收器上便可自动采集定位数据和水深；用相关处理软件处理数据。
2.3.2 静态gps测量系统的施工控制测量
测量gps控制网按选点、埋标、观测、平差计算的过程。
选点要着重考虑控制点能够使施工放样简单方便，然后是尽量构成等边三角形，提高测量精度。
点与点能否互相看到的问题可以不必考虑。
对施工位置的控制点和观测点进行合理划分，适当位置安装激光指向仪，以便夜晚施工。
用gps进行测量时，只需将接收机放置在控制点，定时对各组数据进行汇总、分析，将观测数据输入特定的数据处理软件进行相关解算，从而实现对施工控制测量。
3、结语
随着现代科学技术的不断发展，gps的性能和测量精度得到进一步提升，而gps的建设成本逐渐降低，相信高精度、自动化的gps 将在不久的将来在水利工程中得到有效充分的应用，极大的方便水利工程建设。