引言

随着现代科技的发展，各个领域都在积极应用GPS技术，如：军事领域、航空航天、地理勘测、物流配送、地质勘探等，已经成为现代社会各个领域不可或缺的技术之一。水利工程作为现代社会基础设施建设的重要组成部分，应用GPS技术是非常有意义价值的，尤其是工程地质测绘工作当中，通过GPS技术可以实现实时监测、高精度定位、数据整合等，有效提升测绘工作的准确性和效率，为项目的设计和规划提供可靠的数据依据，从而推动工程领域的发展和进步^[1]。

一、GPS技术工作原理

GPS是全球定位系统的缩写，其核心功能在于提供全球范围内的高精度、全天候的定位服务。这项技术起源于20世纪，是美国投入大量资金进行研究和建设的成果。当前，GPS技术和通信技术有效结合，进一步增加了应用范围，实现了更多的功能。在水利工程地质测绘中，GPS利用 PTK 技术（载波相位差分原理），通过接收每颗GPS卫星发送的导航信息和精确位置，计算出从卫星到接收机的信号传播时间差。PTK测绘方法是在基站上安装接收机，以便接收卫星发送的同步信号。同时将测量数值和坐标发送到移动站，然后通过 GPS 控制装置处理和对比收集的数据，以实现对待测点的准确定位和测量，为水利工程提供了精确的地理信息支持。

在使用PTK技术进行测图时，工作人员在系统中输入放样点的坐标，然后通过专业测绘软件直接生成所需要的地形图，进而完成整个测绘过程。这种方法使得测绘工作变得非常简单和高效，只需要通过输入坐标和使用软件工具，就能够获得准确的地形数据，大大提高了工作效率，同时也减少了人为错误的可能性，确保了测绘结果的准确性和可靠性。所以，GPS技术具有很强的适用性和稳定性，能够在各种环境条件下提供可靠的定位和测量服务^[2]。

二、GPS技术在水利工程地质测绘中的应用优势

（一）定位精度高，操作简单

GPS应用PTK 技术，相比于普通探测仪，具备非常高的定位精准度，能够实现1厘米的定位精度，这种高精度的定位能力可以为水利工程提供精准的地理信息数据。并且在测绘过程中GPS操作非常简单，不用特别维持观测间距，将GPS设备与开机的电脑相连，就可以开始使用，省去了许多繁琐的步骤，有效提高工作效率。此外，GPS测绘技术不受天气条件的限制，可以在恶劣的气候或环境条件下保持稳定的工作状态，不会受到外界环境的干扰，为测量和工程作业提供了更大的灵活性和适应性。

（二）具备自动化绘图功能，降低人工干预

GPS系统具有智能化的功能，可以通过自身的算法和处理能力，对收集到的位置、测量和地理数据进行处理，并自动绘制地图或进行相关的地图计算。这种高度自动化的绘图功能使得图形绘制过程更加高效、精确并且减少了人为错误的可能性。

三、水利工程地质测绘中GPS技术的具体应用

（一） GPS 遥感技术

在水利工程中 GPS 遥感技术有着重要的应用前景，其主要是通过以GPS微波信号为基础进行遥感探测，如图1。基于机载GPS遥感技术的理论，将GPS技术与遥感技术相结合，产生重要的成果和应用价值，为水利工程提供精准的数据支持。遥感平台可以在广阔的范围内接收大量的遥感图像数据，并详细分析和识别获取数据，以帮助识别地形、地貌、水文等信息^[3]。同时，遥感技术可以通过卫星影像在不同时间和角度的拍摄，实现对同一区域的多维度观测和数据采集。这种周期性重现的特点使得遥感技术可以快速获取大量的信息资料，为工程地质问题的调查和分析提供准确的数据支持。

图1 GPS 遥感技术分析图

因此，在水利工程地质测绘中可以广泛应用遥感技术，其GPS平面控制测量一般划分为六个等级，精度分级见表1，然后根据实际测量情况和GPS控制网的精度要求而确定固定误差和比例误差系数等重要指标的取值范围，以确保测量数据的准确性和可靠性。

表1 精度分级表

（二）手持 GPS

在地质回测工程中，通过手持 GPS 的导航和定位功能，可以帮助工程人员在复杂的地形和环境中准确定位，从而更好地进行地质勘察、工程测量和数据采集工作。在应用过程中手持GPS设备结合输入的坐标获取不同位置的坐标数据，然后根据测量需求和地图投影的参数进行正确的设置，确保采集到的GPS坐标数据能够准确地绘制在地形图上。同时，在测绘前工程人员需要了解和掌握地形图的基本知识，如地图投影系统、坐标系等，以便正确设置手持GPS设备，使得坐标系间的数据可以正确转换^[4]。此外，在新工作区域坐标系数测绘前需要进行GPS定位前的准备工作，将GPS接收机的位置误差设置为0，使得已知的坐标能够均匀地分布在工作区域内。接下来，测量基准站GPS的伪距，然后与卫星已知距离进行比较，以获得位置改正值，根据改正值修正GPS接收机的位置信息，从而提高GPS定位的精度和准确性。

图2 手持GPS实物图

四、GPS技术在水利工程地质测绘中的应用措施

（一）结合实际需求明确项目规模和规模

在水利工程项目中，针对不同类型的水库任务需求，明确GPS技术的应用要求和实施步骤。当水库的主要任务是防洪，则防汛调度的功能至关重要，那么就需要建立水库自动测报系统，用于实时监测水库水位、降雨情况等关键指标。而GPS技术可以用于建立水库的精准定位系统，确保监测数据的准确性和及时性，从而支持防洪调度工作的有效实施。针对综合水库在规划过程中，需要计算水库的排水蓄水能力、确定水库规模等参数，这时GPS技术可以实现水库结构的精准定位和监测，使得水库工程的设计符合规范要求，并为后续的工程施工和运营提供可靠的地理信息支持。此外，在规划水库工程时，需要充分考虑实际工程的工作量和监测配置的数量，使得GPS技术监测覆盖范围广泛、数据准确可靠，同时实现水库运行状态的实时监测和远程控制，确保水库安全运行和工程效益的实现。

（二）合理布局GPS遥测站

GPS测绘技术应用过程中GPS控制网的搭建是非常重要的，用来提供基准点和控制点的网络系统，确保测量数据的准确性和一致性。在GPS遥测站建设中需要综合考虑多种因素，包括监测需求、水文要素分布、现有遥测站的分布等，以确保遥测站的布设能够有效支持水文监测和管理工作^[5]。

在合理布局中需要达到三个条件，一是选址时应考虑当地水文状况的需求，以便进行准确的预报，并考虑在恶劣天气条件下（比如洪水、台风等）遥测站的可靠性，确保设备和数据传输在这些情况下也能够正常运行。同时，能够实时进行预报和调度，使得工程人员可以采取及时的措施来应对不利的水文情况。选点时还需要考虑到控制网的密度和分布，以满足不同区域和工程的测绘需求。二是遥测站不仅需要能够完成自己既定的监测任务，还需要能够承担一些其他相关任务。例如：在完成水位、流量监测的基础上，还可以扩展测量当地的雨量，使得遥测站在不改变基本功能的情况下，实现更加全面的监测和数据采集，提高其在水文监测系统中的综合效益。三是在一些特殊的河流流域，如：降雨量较大的地方，则需要通过特定措施优化遥测站的布局，增加遥测站使得数据更加可靠。并通过网连式布设的测绘网，增强测绘站的几何强度，从而有效提高测绘站的准确度。

（三）合理确定遥测站的数量和配置

根据水库规模和对降雨数据精度的要求来确定遥测站的数量和配置，更好地满足对水文数据的监测需求。在雨量站方面结合以往实际降雨情况选择相应精度的雨量计。通常对于中小型水库选择0.5毫米精度的雨量计，而对于大型水库则选择1.0毫米精度的雨量计。在水文观测中，选择光电式、压力式等不同类型的水文观测计需要根据实际情况来确定。并考虑到河床情况和当地土质因素等因素，确保对水文数据的准确采集和监测，为水利工程的设计和管理提供有效支持。此外，加强对GPS技术设备的维护和保养，延长设备的使用寿命，减少设备故障和损坏，从而确保GPS技术在水利工程地质测绘中的可靠性和有效性。

（四） GPS 技术和传统的物理测量技术相互结合

在水利工程地质测绘中可以将 GPS 技术和传统的物理测量技术进行结合，实现对水文信息的准确测量和定位，以帮助工程人员更好地了解当地的地形地貌情况，有效规划和实施水文工程。在应用过程中充分发挥GPS技术快速、精准、全天候的特点全面测量水文信息，避免传统测量技术的人工误差。在进行GPS定位时，需要连接5颗以上的卫星才能准确地定位。通过GPS系统的计算机绘图功能，将实时获取的位置信息和水文资料绘制在地图上，帮助工程人员更清晰地了解当地的地形和水文状况。并利用虚拟成像技术生成虚拟的地形图像，使观测者可以以更直观的方式了解当地的水文情况，提高水文数据的可视化程度和分析精度。

（五）采用同步观测求差法

在选择GPS仪器之前，需要进行大量的实地测试以验证其性能和稳定性，更好地了解仪器在实际工作中可能遇到的干扰情况，并选择最适合工程施工需求的仪器。同时也可以避免因为仪器性能不稳定或者对干扰敏感而导致的测量误差。例如：星历误差（如图3）是指由于卫星轨道计算、大气层等因素导致的GPS测量中的误差。虽然这种星历误差对测量结果影响较小，只有原来单点定位时的10%，但依然可能会导致一定的定位误差。所以，通过同步观测求差法消除由于星历误差引起的一些共同误差，从而提高定位的精度和准确性。同步观测求差法是指在同一时间段内，使用两个或多个接收机同时接收卫星信号，然后通过对这些接收机接收到的信号进行差分处理，从而减小误差，有效地提高定位的可靠性。

图3 星历误差分析图

在GPS观测时段上应及时更新星历数据，且设置卫星数量大于5，位置几何因子值小于8，使观测更趋于精确化，提高定位的准确性。同时在基线解算过程中通过数学模型计算出理论上的基线解算值，然后将实际观测值与计算值进行比较得到残差，通过对这些残差图进行分析识别出问题点，并决定是否需要对其进行调整或者剔除，从而提高基线解算的准确性和可靠性。此外，在选择约束条件时，需要谨慎考虑各个控制点的保护情况和精度，确保其符合要求。并根据有关机构认证的系统选择平差系统，还可以利用多个网络的观测数据进行联合平差，最大限度地减小误差，确保测量结果与设计的吻合，满足工程规范的要求。

结语

综上所述，在水利工程中地质测绘是非常重要的一个环节，GPS技术的应用对于提高工作效率、提升数据准确性和可靠性都具有积极的作用，有助于保障工程的顺利进行和质量的提升。因此，在应用过程中需要通过明确项目规模和规模，合理布局GPS遥测站，合理确定遥测站的数量和配置，将GPS技术和传统的物理测量技术相互结合，以及采用同步观测求差法等措施，有效提高水文信息的监测和测量精度，为水利工程的设计和管理提供可靠的地理信息支持，从而更好地推动水利工程的发展。

参考文献

[1]张东杰.GPS技术在工程地质测绘中的应用[J].工程与建设,2023,37(06):1699-1701.

[2]王茂中,贾兵,孙秀娟,等.基于GPS静态观测的水利工程平面控制测量研究[J].水利技术监督,2023,(03):32-35.

[3]高鸿炜.地质测绘中GPS技术的应用分析[J].冶金管理,2022,(19):65-67.

[4]郇秀芹.GPS—RTK测绘技术在地质勘察测绘中的应用[J].世界有色金属,2021,(17):145-146.

[5]贺涛.无人机实景建模技术在水利工程地质测绘中的应用[J].水利规划与设计,2019,(03):121-122.