摘  要：基于GPS功能在水土保持監測、規劃治理、工程測量與施工等方面的應用，推動了水土保持信息技術的發展，為滿足基層水土保持工作者使用的需求，筆者從GPS系統的概念入手，探討了GPS定位系統的基本原理，分析了GPS系統在水土保持工作中發展趨勢及其應用，概述了GPS在水土保持應用中的特點。

關鍵詞： 全球定位系統；水土保持；信息技術；綜合管理

    全球定位系統（GPS）廣泛的應用于國防建設、交通運輸、資源勘測、休閑旅游、科學試驗、水利工程等領域； GPS技術在土地資源調查，土壤侵蝕調查，工程施工測量、生態環境監測與評估等方面都得到廣泛的應用。GPS成功運用于水土保持管理向高新技術的發展，是落實科學發展觀的重要舉措，是推動水利信息化建設的必由之路。

1 GPS基本原理    
          
    1.1  GPS概述

   全球定位系統（Navigation Satellite Timing and Ranging / Global Positioning System）簡稱GPS,是利用衛星導航進行測時和測距,以構成全球衛星定位系統。

    1.2 GPS的基本原理

   全球定位系統（GPS）是導航衛星組成的無線電導航系統，在時空或者地面上，只需用一部GPS接收機測出3-4顆衛星信號連接到本接收機，就可準確推算出接收機所在地經緯度、海拔高度、時間、運動速度等參數。

    1.2.1 GPS組件原理
    GPS系統由GPS衛星星座；地面監控系統；GPS信號接收機三部分組成。 

GPS衛星星座：GPS工作衛星及其星座由21顆工作衛星和3顆備用衛星組成，記作（21+3）GPS星座（到21世紀初衛星將發展24+3GPS星座）。

地面監控系統:GPS導航定位是已知動態點；衛星的位置是依據衛星發射的星歷__描述衛星運動及其軌道的參數計算求得；地面監控系統提供GPS衛星星歷，并對其進行監測和控制。

    GPS衛星地面監控系統包括一個主控站、三個注入站和五個監測站。 

GPS信號接收機：GPS信號接收機可捕獲到衛星在一定區間所選擇衛星的信號，并對所接收到GPS信號進行變換、放大和處理，實時地自動計算接收機的三維位置、三維方向以及運動速度和時間信息。

    1.2.2 GPS定位原理

    GPS定位基本原理是根據高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，采用空間距離交會的方法，確定待測點的位置，由于衛星的位置精確可知，在GPS觀測中，可讀取衛星到接收機的距離。利用三維坐標中的距離公式和衛星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，假設to為衛星時間，t為衛星接收時間，則利用4顆衛星在x、y、z軸，求未知數定位、定時（x、 y、 z 、t）的方程式：
1、(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2+c2(t-t01)=d12
2、(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2+c2(t-t02)=d22
3、(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2+c2(t-t03)=d32
4、(x4-x)2+(y3-y)2+(z4-z)2+c2(t-t04)=d42
    由于GPS技術的普及與應用，部分接收機可直接讀取測點的坐標及其接收機的鐘點差等參數。 

2  GPS技術在水土保持中發展趨勢 
       
    GPS的應用十分廣泛，涉及到國民經濟的各個領域，以GPS定位系統的衛星應用產品，由于能夠很容易地提供位置、速度和時間信息，很快成為現代信息社會的重要信息來源，已經成為信息時代國家基礎設施之一。

    由于GPS技術具有全天候、高精度和自動測量的特點，作為先進的測量手段和新的生產工具，已經融入了國民經濟建設、國防建設和社會發展的各個應用領域，特別是在水土流失監測、水土保持工程規劃、工程施工與測量等方面，凡是需要動態或靜態定位、定時的地方都會采用衛星定位系統信息技術，廣泛地應用于在水土保持系統管理中，達到物盡其用。
3 GPS在水土保持中的應用

    隨著信息時代的發展，傳統的水土保持管理向高新技術發展，GPS成功應用于水土保持各技術領域。

    3.1在水土保持生態資源勘測中的應用

    在野外調查和勘測設計中，利用GPS技術可以準確定位水土資源的分布、野生群落和物種區域等指標的經緯度和高度，結合GIS技術，可在二、三維地圖上加以標注，并計算出區

    3.2.1在水土保持工程測量方面

    應用GPS靜態相對定位技術，布設精密工程控制網，用于水土保持地形圖、水土保持工程施工圖、水土流失分布圖等精密工程。通過加密測圖控制點，應用GPS實時動態定位技術（簡稱RTK）和GPS三維測量工具可測繪出水土保持各種比例尺的地形圖和用于水土保持工程施工放樣。 

    3.2.2在水土保持測高方面

    GPS測高包括:GPS測量橢球高；大地水準面模型；正常高轉模到高程基準面等三方面的內容。 

    一是求出高程異常值（H），GPS測量得到的是橢球高（h），剝離出高程異常值（N）；二是對距離的測定，雖有大地水準面和高程基準面影響,但仍可求出點與點之間的有效值；三是用全球重力場模型（GGM）求出大地水準面模型，相對精度可控制在幾分米單位。
4 GPS技術在水土保持應用中的特點

    21世紀3S（RS、GPS、GIS）技術，即遙感、全球定位系統和地理信息系統在水土保持中的應用已成為最有吸引力的高新技術領域，經過近10年各部門的使用表明，GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，贏得廣大使用者的信賴，并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、資源勘查等多種學科，從而給水土保持測繪領域帶來一場新的技術革命。

    4.1定位精度高、觀測速度快。目前采用載波相位進行相對定位，精度可達1ppm，而采用單機定位精度優于10米，采用差分定位，精度可達歷米級或者毫米級；在觀測時間方面，隨著GPS系統的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內的相對靜態定位，僅需10—15分鐘；快速靜態相對定位觀測時，每個流動站與基準站相距在10KM以內時，流動觀測時間只需1—3分鐘，然后可隨時定位，每站觀測時間只需幾分鐘。

    4.2功能齊全、操作簡便。GPS測量可同時測定測點的平面位置和高程，采用實時動態測量可進行施工放樣；GPS測量的自動化程度很高，操作員在觀測時只需要安置和開啟、關閉儀器，監視儀器的工作狀態及采集環境的氣象數據，而其它如捕獲、跟蹤觀測衛星和記錄觀測數據等系列測量工作均由儀器自動生成；隨著GPS接收機不斷改進，自動化程度越來越高，有的已達“傻瓜化”的程度，接收機的休積越來越小，重量越來越輕，極大地減輕了水保工作者的工作緊張程度和勞動強度，使野外工作變得輕松愉快。

    4.3全球性、全天候作業。由于GPS衛星分布合理，能為用戶提供連續、實時的三維位置，三維速度和時間，在地球任何地點、任何時間均可連續同步觀測到4顆以上的衛星，且測站之間不需點間透視，點位位置可根據需要可稀可密，使選點工作靈活，節約大量的造標費用，并不受陰天黑夜、起霧刮風、下雨下雪等氣候的影響，可隨時進行GPS測量。