GPS技術在水文監測中的應用

周鶯　李蘭蘭

摘 要：隨著各種新技術的層出不窮，全球衛星定位技術也得到了前所未有的發展與進步，并被廣泛應用于各個領域，尤其在水文工程監測中發揮了重要作用?；诖?，本文首先分析水文監測的重要性和必要性，然后闡述傳統水文監測方法和GPS檢測技術的優越性，最后探討GPS技術在水文監測中的應用，以期為相關學者的研究提供參考。

關鍵詞：水文監測；GPS；應用

中圖分類號：P228.4；P332 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）04-0093-02

Application of GPS Technology in Hydrological Engineering Monitoring

ZHOU Ying LI Lanlan

（Xinxiang Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Xinxiang Henan 453000）

Abstract ： With the emergence of various new technologies， global positioning technology has also made unprecedented development and progress， and has been widely applied in various fields， especially in hydrological engineering monitoring. Based on this， this paper first analyzed the importance and necessity of hydrological monitoring， then expounded the superiority of traditional hydrological monitoring methods and GPS detection technology， and finally discussed the application of GPS technology in hydrological monitoring， in order to provide reference for relevant scholars.

Keywords： hydrological monitoring；GPS；application

1 水文監測的重要性和必要性

水是人類不可或缺的重要自然資源，如果沒有水，人類也將無法生存。我國是水資源短缺的國家之一，隨著工業進程的不斷推進，水資源短缺問題進一步凸顯，而這使得監測新的水文環境成為有關部門需要重點研究的問題。傳統的水文監測工作一般都是以降水量、蒸發量、地表和地下徑流作為主要監測對象，而水資源監測的重點是人類對地下水、地表水及空中水的抽取情況，以及對這三種水所造成的污染狀況進行監測分析。根據監測所得的數據，對水資源進行評價，進而預測出未來一段時期水資源的變化趨勢，為水資源的開發利用提供依據。GPS是一個中距離圓型軌道衛星導航系統，可以為地球表面絕大部分地區提供準確的定位。目前，其在水文水資源監測中得到了廣泛的應用。

2 傳統的水文監測方法

傳統的水文監測方法主要分為人工監測和自動監測兩種。其中，人工監測主要采用的是人工觀測的方式觀察水文變化，并對數據進行整理和傳輸。該方式具有以下缺點：其一，數據處理基本依靠人工，費時易錯；其二，水文信息的采集、整理、傳輸的實時性和準確性較差。自動監測技術是目前較為常用的水文監測手段，對水位監測主要采用浮子式水位計、壓力式水位計等，比傳統的人工監測有了較大提升，自動化程度高，但也存在較大局限性：電類傳感器易受電磁干擾，運行不穩定；數據傳輸采用中國移動無線傳輸，在偏遠地區，信號較差[1]。

3 GPS檢測技術的優越性

GPS系統起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用。主要目的是為陸?？杖箢I域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報搜集、核爆監測和應急通信等。

GPS檢測方法是在使用的過程中利用GPS衛星收集信息，測量用戶接收衛星的距離，收集數據，進一步提供準確的位置信息等。整個工作過程需要明確定位衛星的精確位置、用戶與衛星之間的距離，工作過程是由衛星信號傳送到用戶的衛星接收機上，整個過程需要花費一定的時間。

GPS信號有兩種偽隨機碼，分別是提供給民用的C/A碼和供軍事應用的P碼。其中，C/A碼以1.023MHz的頻率調制在L1載波上，P碼以10.23MHz的頻率調制在L1和L2載波上。在地球上，用戶通過接收機終端接收GPS衛星發射的導航信號，借鑒終端用戶的時間，通過衛星的時間和他們的手表比較之后，可以確定衛星終端接收字符串之間的距離，然后利用通信導航數據可以計算發射衛星的位置和導航時間。由此，就可以確定在地球坐標系中用戶的精確位置。目前，GPS衛星數量達到24個，其全球覆蓋率達到98%以上，基本可以保證在任何時間和地點同時接收到4顆以上GPS衛星觀測信號，從而向全球各地全天候地提供三維位置、三維速度等信息。另外，許多GPS系統可以在幾分鐘甚至幾秒鐘實現精確定位。利用GPS技術建立網絡管理將會大大提高水文水資源觀察效率。GPS接收機是整個監測設備的重要組成部分，其功能、性能都在不斷完善。當使用GPS作業時，只需一定數量的安裝觀測儀的員工和少量天線高度觀察員工，不需要其他專業技術人員，大大降低了勞動強度及財力和物力消耗。

GPS在水下地形監測過程中的主要任務是完成水下位置的導航定位和測量。因此，在實際測量過程中，測繪尺度和精度成為選擇GPS的主要參考指標。在地下水監測過程中，測量設備是依靠聲吶測深儀來達到水深測量的目的，測量儀器的精度和測量誤差的大小與測量深度、水溫有直接關系，與測量區域無關。所以，當選擇測量儀器時，應根據測區的實際情況進行選擇。目前，水下地形測量的GPS接收機可分為差分型和非同步差分型兩種。多種類型的設備選擇滿足了連續導航水下作業等工程的需要。如果水下測量范圍較大，可選擇非同步差分型的GPS接收機[2]。

4 GPS技術在水文水位監測過程中的應用

為了解決傳統水位觀測過程中存在的問題，研究人員采用集成的方法將GPS集成到監測系統中，以提高監測范圍，削弱傳統監測方法對監測數據準確性的干擾。利用該方法，只需要將GPS接收器放置在測量區域附近，即可有效完成監測工作。在測量開始之前，需要準確定位監測位置，并建立坐標，根據數值確定參考系統，系統會自動進入不同的操作模式。需要移動臺測量的工程，移動臺位置的GPS接收器的天線應該安裝在水面和測量GPS天線的幾何中心位置，GPS通過天線和確定的表面水位來獲得水的實際高度。測量水位的過程中，一般依據國家“85”海拔標準。因此，在實際應用過程中，必須把地球高程轉換為國家“85”高度，這個過程可以使用轉換模型，在計算機編寫中，及時提取出高程數據，并且在測量模型的幫助下，測得當地的水位。為了保證測量的準確性，水位數據通常要經過濾波處理。因此，應該建立一種濾波模型，在此模型中，采用漸進算法來消除外界因素對水位觀測結果的影響。此外，在計算機中也可以安裝過濾器模型和軟件，以獲取實時水位數據，并進一步確保其結果的準確性[3]。

在實際應用中，當計算機接收GPS衛星的水位數據時，數據實時傳輸到監控中心，這使整個傳輸過程可以通過手機上的GPS通信模塊完成。GPS衛星定位系統有效解決了過去定位河道難度大的問題。在GPS監測技術的幫助下，監測到的峰值水文數據可以在一定程度上提高水文操作的效率。在水質監測方面，各采樣點的水位數據、水質污染程度和采樣點坐標可由河流、湖泊、海洋的采樣工作者利用GPS技術快速確定。將采集到的數據信息和水質監測結果納入動態監測地圖中，可以反映水質污染、污染區域、污染物擴散方向等問題，為有效管理水資源提供了可靠的依據。當水位數據通過GPS模塊發送出去時，監測中心需要實時接收這些數據。

在未來的水文監測過程中，可以通過GPS接收單元接收這些數據，中央處理器負責存儲和管理接收的水位數據。我們可以通過編寫相關軟件程序實現對現場觀測單元的監測和管理，從而達到對現場觀測單元智能控制的目的。

5 結語

GPS技術在水文和水資源中的應用，可以為水文和水資源監測提供更實時、全面、準確的定位幫助，提高水文和水資源監測效率。因此，在水文監測中，要合理使用GPS技術。

參考文獻：

[1]徐飛.GPS在水文河道地形測量中的應用探討[J].技術與應用，2016（21）：65-66.

[2]耿毅.遙感技術在水文水資源方面的應用及進展[J].河南科技，2015（15）：8-9.

[3]廖瑋燦.GPS技術在水文水資源監測方面的應用[J].河南科技，2015（16）：20-21.