GPS在水利信息化中的運用

陳首彬

（鄭州大學 水利與環境學院，河南 鄭州 450001）

0 引言

信息化是當今世界經濟和社會發展的大趨勢，也是我國產業優化升級和實現工業化、現代化的關鍵環節。水利信息化包括對水資源、水環境、防汛抗旱、抗災、水土保持、農田水利、河道整治、水利工程等一切工作的管理和決策的信息化。全球定位系統作為一種空間信息科學技術，在水利行業尤其水利信息化中發揮著越來越大的作用。

1 GPS簡述

1.1 GPS 概念

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統）的簡稱。GPS起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用。利用GPS定位衛星，在全球范圍內實時進行定位、導航的系統，稱為全球衛星定位系統，簡稱GPS。GPS可以提供車輛定位、防盜、反劫、行駛路線監控及呼叫指揮等功能。要實現以上所有功能必須具備GPS終端、傳輸網絡和監控平臺三個要素。中國物聯網校企聯盟認為GPS是將現實虛擬化實現了物與物、物與人等大部分物品與網絡的連接，使物品方便識別、管理和控制。

1.2 GPS 特點

（1）全球全天候定位；

（2）定位精度高；

（3）觀測時間短；

（4）測站間無需通視；

（5）儀器操作簡便；

（6）可提供全球統一的三維地心坐標；

（7）應用廣泛。

2 GPS在水工建設中的應用現狀

2.1 水利工程測量控制網的建立

采用GPS定位技術不需要兩點之間的相互通視。只要求天空15°以上的錐體范圍內，無障礙物存在，且點位選擇較靈活。觀測和記錄均由控制器自動完成，觀測員只需輸入測站點號及儀器高等，操作十分簡單，水利工程測量控制網建立速度快，且控制網的精度滿足國家4等三角測量的技術要求。

2.2 水工隧洞的貫通

對于落差大、流量小的山區河流，往往建造引水式電站，這時擋水建筑物(壩、閘)往往與發電建筑物相距較遠，水庫中的水通過引水隧洞到發電站廠房，當引水隧洞很長時，施工控制網的作用就是保證正確貫通。用GPS建立施工控制網將大大簡化測量工作，因用常規方法所建立的控制網點并非都有用，其中有許多點是過渡點，或者為增加圖形強度而設置的，而采用GPS測量就可以直接測定洞口點的相對位置，無須測定其他過渡點。這樣就節省了大量的外業工作，使隧洞貫通，測量變得十分簡單有效，且精度得到較大提高。

2.3 與航測結合在輸送電線路選、定線中的應用

GPS以其快速、高精度、不受條件的限制等特點，可以克服傳統線路航測外業中的種種問題，極大的提高了工作效率。

2.4 水道和湖泊水下地形測量

應用常規方法進行一次長程水道地形測量，從外業測量到內業成圖需要2～3年的時間，并且湖區水系復雜、洲灘密布，湖中圍墾的廢堤、斷堤多，洲灘上樹林、蘆葦套種，地形相當復雜。但是應用靜態GPS施測兩岸控制，實時差分水道測量系統施測水下部分，僅需要半年時間，大大縮短了成圖周期，提高了水道地形圖的時效性。

3 GPS專題應用規劃

3.1 GPS在水土保持的應用規劃

全國水土保持監測方案中明確要求，在全國水土流失監測中，尤其對地面監測，要充分利用GPS全球定位技術，實現數據的快速采集、對象屬性的實時分析。GPS在水土保持、生態建設中可應用以下方面：

水保生態工程，包括生態工程規劃設計、施工放樣、工程竣工驗收；

水土保持地理信息系統(GIS)的建立和數據更新；

輔助遙感(RS)進行土壤侵蝕調查；

水土流失動態監測。

對人為水土流失監測，一是可用GPS現場測量挖填方量、堆積量和棄土棄渣量，二是可以定期觀測開挖面、堆積面的變化情況，三是可用GPS在最短時間內比較準確地確定開荒、毀林及破壞水土保持設施的數量、面積等。對自然水土流失的監測，一是可建立GPS控制網，在控制網的基礎上，進行像控點測量，為航空遙感像片的定向提供加密點，用于宏觀區域和重點區域水土流失和土地利用信息的采集、提取；二是也可利用GPS技術監測溝頭前進速度、溝底下切速度、溝緣線后退速度，甚至可以監測典型樣點水土流失量(流失厚度)。

3.2 GPS在水資源監測中的應用規劃

水資源的優化配置是水資源管理的重點。對水資源的優化配置的一個前提就是要求對水資源進行實時監控管理。實施對水資源動態的、實時的監控以及優化的配置，基礎是獲取大量的、動態的水資源及相關信息。水量信息是瞬時變化，而水污染則是突發事件，地表水和地下水(水量、水位、水質及水溫等)以及各種水資源信息是變化的、動態的，這些變化表現在既具有信息本質的動態變化性，也具有地理位置上的變化動態性，從這一點講，進行實時動態監測和監測數據的自動化采集時，信息的空間地理屬性也就顯得尤為重要。GPS的快速定位特性可應用于水資源的動態監測，特便是流動的污染源的變換情況的監測。GPS這一部分的應用有兩個方面：一是傳統的測量服務，如污染源的動態定位，二是建立流動的水資源監測實驗室。

3.3 GPS在的在抗洪減災中應用規劃

GPS具有全球性、連續性和全天候的特點，是一種快速、高精度的測量技術。GPS靜態定位可達毫米級精度，動態測量一般可達亞米級精度，配合先進的測深系統和軟件，可以實時監測，現場成圖。對堤防險工險段、水庫大壩、滑坡泥石流的監測顯示了其高新技術的優越性，可實時監測險情，為防汛指揮部門提供決策依據。

4 結語

從水利工程設計、勘測、施工到工程竣工驗收、工程狀態監控，GPS在水利系統已經有了初步應用的實例，但這些應用均只是在某個單位或局部工程中采用GPS。GPS的優勢在于其快速動態定位和高精度，僅僅在水利工程中應用GPS沒有發揮其動態定位、大范圍測量和宏觀管理決策的作用，應大力推進全球定位系統在數字防汛、水資源監測和防汛物資物流監控系統等方面專題應用，進而大力推動水利信息化建設。

［1］趙園春.基于3S技術的可渡河流域水土流失動態監測研究[D].西安科技大學,2009.

［2］孟廣濤,方向京,和麗萍,等.3S技術在水土保持動態監測中的應用[J].水土保持研究,2007,14(2)：8-10.