GPS技術(shù)在水文水資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

郭樹(shù)賢 閆海波

（新鄉(xiāng)水文水資源勘測(cè)局，河南新鄉(xiāng) 453600）

GPS技術(shù)在水文水資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

郭樹(shù)賢 閆海波

（新鄉(xiāng)水文水資源勘測(cè)局，河南新鄉(xiāng) 453600）

GPS技術(shù)由于自身眾多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，尤其是在水文水資源監(jiān)測(cè)工作中發(fā)揮著重要作用。基于此，簡(jiǎn)要介紹GPS技術(shù)、RTK技術(shù)的應(yīng)用原理及特點(diǎn)，詳細(xì)闡述與展望GPS技術(shù)在水文水資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

GPS技術(shù)；RTK技術(shù)；水文監(jiān)測(cè)

1 GPS技術(shù)

GPS（Global Positioning System），意為全球定位系統(tǒng)，可以同時(shí)對(duì)海陸空進(jìn)行全方位的導(dǎo)航和定位，實(shí)施三維導(dǎo)航能力和定位能力，具有自動(dòng)化、高精度、高效益及全天候等優(yōu)點(diǎn)，在工程測(cè)量、地表測(cè)量、資源勘探及水資源監(jiān)測(cè)等方面發(fā)揮著重要應(yīng)用［1］。GPS技術(shù)與RTK軟件定位系統(tǒng)相配合，可以對(duì)水庫(kù)、河道及湖泊等進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和監(jiān)測(cè)，并自動(dòng)繪制成圖，通過(guò)圖紙分析可以進(jìn)行各種險(xiǎn)情預(yù)測(cè)，對(duì)存在的問(wèn)題可以作出精準(zhǔn)判斷并上報(bào)，為有關(guān)負(fù)責(zé)人作出決策提供依據(jù)。

GPS技術(shù)對(duì)水文水資源的監(jiān)測(cè)，一是具有方便靈活的特點(diǎn)，對(duì)水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)可以移動(dòng)到任何位置，不管在任何狀態(tài)下都能進(jìn)行。二是具有全自動(dòng)化的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水文數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集、輸出和接收等，在初步分析環(huán)節(jié)可以不用設(shè)置參數(shù)。三是具有智能化的特點(diǎn)，在實(shí)際操作應(yīng)用中，比如發(fā)布指令、參數(shù)設(shè)置等在野外可以不進(jìn)行執(zhí)行，直接利用計(jì)算機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)。四是數(shù)據(jù)能達(dá)到高精準(zhǔn)的特點(diǎn)，通過(guò)GPS技術(shù)、RTK技術(shù)及濾波技術(shù)等保證水位數(shù)據(jù)的測(cè)量質(zhì)量，確保可以提取到高質(zhì)量的水位數(shù)據(jù)。

2 RTK技術(shù)

RTK（Real Time Kinematic），意為相應(yīng)動(dòng)態(tài)差分法，可以測(cè)量控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)。目前是一種新的GPS測(cè)量方式。傳統(tǒng)的測(cè)量方式比如靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量，需要通過(guò)繁瑣的測(cè)量程序最后才能得到數(shù)據(jù)信息。然而，TRK技術(shù)在實(shí)際使用中可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位，通過(guò)動(dòng)態(tài)差分法就可以直接得到精準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息。其使用為工程測(cè)量、地形測(cè)圖及其他各種測(cè)量都帶來(lái)了巨大方便，也大大提高了工作效率。

RTK技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中能夠帶來(lái)很大方便，但也存在一些不足。一些專家指出，應(yīng)將RTK技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)有效結(jié)合，通過(guò)利用信息網(wǎng)絡(luò)來(lái)彌補(bǔ)GPS技術(shù)對(duì)水文水資源監(jiān)測(cè)的不足，以真正實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。比如，設(shè)置一個(gè)虛擬網(wǎng)路對(duì)某一地區(qū)的水文水資源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然后通過(guò)檢測(cè)進(jìn)行正確的計(jì)算。

3 GPS技術(shù)在水文水資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

3.1 對(duì)水位數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集和實(shí)時(shí)傳輸

3.1.1 局部轉(zhuǎn)換模型建立得更加完善和精密。通過(guò)高程轉(zhuǎn)換模型可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)地表高程向國(guó)家“85”高程的轉(zhuǎn)換，也就是說(shuō)GPS實(shí)測(cè)的是大地高程，而水文資源測(cè)量采用的是國(guó)家“85”高程。

3.1.2 實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和提取。如果采用國(guó)家“85”高程測(cè)量水位，利用軟件進(jìn)行編制，對(duì)RTK數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)提取，同時(shí)可以利用高程轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3.1.3 研制濾波算法。在實(shí)際的應(yīng)用中，為了避免受到觀測(cè)誤差的影響，確保水位數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確，需要對(duì)濾波模型進(jìn)行研制，在模型研制完成后編制相應(yīng)的軟件并輸入到手掌機(jī)（PDA）中。

3.1.4 進(jìn)行有效的系統(tǒng)合成。將收集的水位數(shù)據(jù)通過(guò)通訊模式發(fā)送到監(jiān)控中心，使野外觀測(cè)單元子系統(tǒng)進(jìn)行有效合成，即手機(jī)系統(tǒng)與PDA系統(tǒng)相結(jié)合，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)。在這個(gè)基礎(chǔ)上可以將水位數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼然后向手機(jī)發(fā)送。

3.1.5 監(jiān)控單元。數(shù)據(jù)輸出以后需要通過(guò)控制單位來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收，通過(guò)編制程序來(lái)解除加密的編碼，然后對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

3.1.6 智能監(jiān)控系統(tǒng)的建立。水位數(shù)據(jù)在自動(dòng)收集以后通過(guò)職能化、網(wǎng)絡(luò)化來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送，野外監(jiān)測(cè)的工作狀態(tài)包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)容、模式、頻率、開(kāi)關(guān)機(jī)操作及采樣間隔等都可以通過(guò)軟件編寫來(lái)實(shí)現(xiàn)，真正體現(xiàn)出野外測(cè)量單元的智能化監(jiān)控模式。

3.2 實(shí)現(xiàn)洪水調(diào)度

我國(guó)是自然災(zāi)害較多的國(guó)家，其造成的經(jīng)濟(jì)損失也是非常嚴(yán)重的，國(guó)家和政府對(duì)這一方面非常重視，研究和制定各種自然災(zāi)害的應(yīng)對(duì)措施。比如，在防汛減災(zāi)工程措施中，很多流域建設(shè)防洪決策支持系統(tǒng)，通過(guò)GPS技術(shù)對(duì)水資源進(jìn)行調(diào)度、洪水預(yù)警、減災(zāi)措施分析、洪災(zāi)損失評(píng)估及水利工程效益分析等，為災(zāi)民轉(zhuǎn)移路線及救災(zāi)物資運(yùn)輸路線提供決策依據(jù)。目前，我國(guó)已建立多個(gè)防汛減災(zāi)系統(tǒng)，比如防汛指揮系統(tǒng)、防洪智能應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)、防洪規(guī)劃信息管理系統(tǒng)、防汛信息查詢系統(tǒng)和洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)等。

GPS系統(tǒng)可以對(duì)水位的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)可以快速地將不同位置的水位數(shù)據(jù)傳輸給領(lǐng)導(dǎo)層，水位數(shù)據(jù)信息可以通過(guò)計(jì)算機(jī)繪制成水位曲線，在計(jì)算機(jī)界面可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，比如蓄洪區(qū)的水位情況、洪水推進(jìn)情況、人員轉(zhuǎn)移情況以及可能造成的經(jīng)濟(jì)損失等。這些信息都可以及時(shí)傳送給領(lǐng)導(dǎo)層，領(lǐng)導(dǎo)層可以隨時(shí)掌握水情的變化，為領(lǐng)導(dǎo)層制定防洪計(jì)劃、傳達(dá)防洪指令提供可靠依據(jù)。

3.3 實(shí)現(xiàn)流量測(cè)驗(yàn)

在獨(dú)流減河斷面巡測(cè)的過(guò)程中，不僅要考慮潮位對(duì)巡測(cè)工作的影響，而且要考慮到對(duì)高洪期水面寬度的影響。常規(guī)的巡測(cè)方法由于受到障礙物多、視距長(zhǎng)及標(biāo)志背景復(fù)雜等因素的影響，使原來(lái)設(shè)定的斷面標(biāo)無(wú)法通視，無(wú)法保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此，采用GPS技術(shù)就可以完全消除這些顧慮，確保水文巡測(cè)工作順利開(kāi)展。另外，GPS技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中，與雨水情信息數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，可以在電子地圖上實(shí)現(xiàn)水情時(shí)時(shí)報(bào)警，可以對(duì)水庫(kù)水位、河道水位、雨量情況及遙感觀測(cè)站運(yùn)行故障等時(shí)時(shí)報(bào)警。如果某一水庫(kù)超過(guò)防汛限定水位時(shí)，系統(tǒng)界面就會(huì)自動(dòng)彈出相應(yīng)窗口，并發(fā)出警報(bào)信息。

3.4 對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)

GPS技術(shù)在水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用中，可以進(jìn)行采樣定位、信息收集，然后對(duì)這些信息進(jìn)行合理化分析，最后得出水質(zhì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，同時(shí)也可以通過(guò)不同形式的圖形來(lái)表示，依據(jù)圖形進(jìn)一步總結(jié)水質(zhì)污染規(guī)律。

4 GPS在水文水資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用展望

最近幾年隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)先后建立了多個(gè)蓄水洪區(qū)，在一定程度上緩解了防洪資源利用不合理的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式不能準(zhǔn)確地體現(xiàn)出洪區(qū)水資源情況，對(duì)水文情況的監(jiān)測(cè)范圍也有很大限制，影響監(jiān)測(cè)質(zhì)量。但是，利用GPS技術(shù)就可以很好地將水資源信息進(jìn)行收集和整合、分類并加以應(yīng)用。加之RTK技術(shù)可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)，對(duì)土壤、地貌及地下水情況進(jìn)行準(zhǔn)確采集和測(cè)量，進(jìn)一步完善蓄水洪區(qū)的信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為相關(guān)部門提供科學(xué)、可靠的信息依據(jù)。

因此，GPS技術(shù)在今后應(yīng)用中要重視以下幾個(gè)方面：①進(jìn)一步體現(xiàn)出這種技術(shù)的可擴(kuò)展性，建立完善的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；②對(duì)各種水文數(shù)據(jù)進(jìn)行深入研究和分析，完善數(shù)據(jù)分析模型，以提供精準(zhǔn)的計(jì)算結(jié)果，從而提高工作效率和質(zhì)量；③與其他技術(shù)充分結(jié)合，GPS技術(shù)可與GIS、RS、IT技術(shù)深入結(jié)合，進(jìn)一步體現(xiàn)其自身的開(kāi)放性和可開(kāi)展性；④對(duì)GPS系統(tǒng)進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)管理功能，如安全、高效及分布管理等功能，保證系統(tǒng)基礎(chǔ)的穩(wěn)定能力；⑤充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)資源共享，提供綜合信息的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)，提供成熟的技術(shù)平臺(tái)，以確保GPS系統(tǒng)可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展在很大程度上推動(dòng)著我國(guó)水文水資源監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步。在今后的發(fā)展道路中，要不斷吸收和引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)及管理水平，結(jié)合我國(guó)監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)際情況，從多角度、多方面來(lái)提升我國(guó)的水文監(jiān)測(cè)技術(shù)，進(jìn)一步提升水文水資源數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性和可靠性。

［1］孫修程.GPS RTK技術(shù)在水利工程控制測(cè)量中的精度分析［J］.商品與質(zhì)量·建筑與發(fā)展，2014（5）：118-119.

Application of GPS Technology in Hydrology and Water Resources Monitoring

Guo ShuxianYan Haibo
（Xinxiang Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Xinxiang Henan 453600）

GPS technology has been widely used in various fields because of its own advantages,especially plays an important role in the hydrology and water resources monitoring work.Based on this,the application principle and characteristics of GPS technology and RTK technology were introduced briefly,the application of GPS technology in hydrology and water resources monitoring were elaborated and application prospect.

RTK technology；GPS technology；hydrological monitoring

P228.4；P332

A

1003-5168（2016）11-0029-02

2016-10-20

郭樹(shù)賢（1985-），男，本科，助理工程師，研究方向：水文水資源。