GPS在水文大断面测量中的应用研究

GPS在水文大断面测量中的应用研究

晁小莉

黄河水利委员会河南水文水资源局,河南 郑州 450000

摘要：随着政府相关部门对水文监测关注度的不断提高，目前GPS被广泛应用于水文监测领域中，尤其是在水文测量过程中发挥出重要作用。在此背景下，本文以水文站为研究对象，在探究水文站测量工作的基础上，梳理了GPS测量的技术特点，本文梳理了GPS测量的技术特点，研究了在水文大断面测量中GPS测前准备、数据采集测量、数据处理和测量精度及误差分析等内容，希望此项技术能为水文测量提供更好的服务。

关键词：GPS技术；水文测量；大断面；应用研究

引言：GPS技术通过目标定位、导航和精密的测量方式，取代了传统的监测方法，更精准的对所在水域进行数据采集、测量。GPS技术不仅在洪水监测中得到应用，还广泛应用于水质监测及地下水资源勘察和流量测验，是促进水利建设事业的先进科学技术。

1.GPS技术应用于水文水资源监测的重要性

GPS技术在水文水资源监测中的应用，通过遥感技术、数据采集、无线数据传输、中心数据分析等构建了相对稳定的监测平台，对取水用户、水源地、入河口、排污口、水库及河流断面等信息进行采集、传输、处理和分析，加强了对水源取水、供水、用水、输水、排水等水资源开发利用主要环节的监测，实现了水资源信息交换和共享。GPS技术所覆盖的信息传输和数据分析管理系统，提高了水文水资源监测能力，促进了传统的水文监测向现代水文监测的转变，使水文信息收集和反馈更准、更全面、更及时，提高了水文监测水平。

2.GPS测量的技术特点

与传统的常规测量方法相比,GPS在大段面水文监测中的应用优势包括以下六个方面：首先,GPS在测量时并不需要相互通视,测点之间的相互通视一直都是水文监测的难题,GPS能够凭借其空间位置的互联性,使测站之间的选点位置更加灵活方便,但利用该方法对水文进行测量,必须保证待检测辖区范围内上空处于开阔状态,便于接收GPS信号。其次,是具备定位精确度较高特质,通常情况下,GPS接收机的基础解精度高达5mm+1ppm以上,而红外线的实际精度仅仅为5mm+5ppm等级,GPS的测量精度和红外线测量精度在短距离时相当,但随着待检测距离的不断延长,GPS测量技术的优越性将会更加显著。第三,GPS测量观测时间较短,在水文检测过程中,利用GPS技术可以实现快速静态定位,这一方法的观测时间较以往缩短很多,从而在较快时间内求得待监测点的坐标。第四,GPS测量技术能够在观察测量点平面位置的基础上,提供更加精确的观测点的大地高程参数。第五,GPS测量技术的整个操作过程较为便捷,趋近于智能化操作,工作人员只需在天线对齐的状态下即可实现系统自动观测,并对数据进行处理,并求得待检测点的三维坐标。第六,GPS测量技术能够实现全天候作业,在任何地点和任何位置能够二十四小时不间断地进行位置观测,并不受到外界天气的影响。

3.GPS在水文大断面测量中的布点特征

对水文大断面监测的布点应准确、有代表性，能快速、准确地反映水质及河断面的具体情况，将水系设定为由一条主流与干支流组成，通过监测河断面选择出具有代表性的断面，更好地反映水质特征和水源迁移的具体特征。水系中主支流与干支流的运行规律、污染源的分布面积及特征、具体坐标位置等信息主要通过相关的专业数据和公式表现。 使用GPS技术对水文水资源实施监测管理，同样也需要在各种不同的环境下采集不同水源点的信息。 运行GPS监测系统程序对相关数据进行分析，在参数值的基础上利用计算机的强大运算能力和分析能力，对河断面各测点的方差进行相应的运算和分析，并据此判断误差所在。 通过对水域面积、水源地水系情况、地下水分布、污染源扩散情况等信息的全面筛选，可正确判断出具有代表性的监测地点，从而获取优质采样点。

4.GPS在水文大断面测量中的应用

4.1 测前准备

在水文大断面GPS测量过程中,首先应做好准备工作,主要包括对待检测地区控制点资料的收集、转换参数的求解及参考站位置的设置、流动站位置的设置等环节。以参考站和流动站位置的设置为例,在选择参考站时,应根据待检测点的测量目的,建立项目坐标管理体系,根据坐标系进行系统化管理。其次,在基准站选项设置过程中,应通过控制软件对其菜单内部水准机转移的相关参数和电台频率参数进行设置,还应在基准站中输入站名坐标位置和天线高度等,待基准站启动完成后,基准站台面上的指示灯将处于正常闪烁状态。在流动站的设置过程中,主要是根据代检测项目的坐标管理体系,设置相应的参数选项,其操作方式基本与参考站的设置方式相同。

4.2 数据采集测量

在利用GPS技术对水文大断面进行数据采集测量时,可通过坐标测量法和方向测量法获得待检测区域的相关参数。以坐标测量法分析可知,当待检测的水文大断面河道地形图和大断面结构确定后,可选择坐标测量方法进行参数设置。启动基准站后,设置流动站中的相应参数,接着开始GPS作业,同时应在GPS手簿中设置和观测地点相关的参数,如自动设置增加补偿质量、存储空间、自动存储点等,将相应的参数坐标保存于手簿。

4.3 数据处理

对水文数据进行处理时,需将野外测得并存储于手簿中的数据导入计算机。接着,可对文件格式进行变换,根据采集到的参数计算出相关点的坐标,利用计算机进行文件的导出和计算,但并不需要进行机械计算和网平差计算。当需要采用CAD或GIS方面的数据格式时,可以直接改变导出文件的格式,点击功能选项卡获得想要的数据类型,从而使数据参数格式符合预期。

4.4 测量精度及误差分析

在对测量精度和误差进行分析时,首先应该确保大断面测量过后的相关参数能够满足GPS测量的规范的D级精度要求。可根据GPS接收机实际所标称得到的精度中的固定误差参数、接收机标称精度中的比例误差参数和相邻待测点之间的极限长度,进行计算后得到GPS测量过后的精度误差。在获得接收机标准精度固定误差比例、误差系数及本次测量的最大距离的基础上,得到最终的D级精度误差标准参数值,对比不同监测点的测量高程误差和规范所要求的高程误差,将测量误差控制在预测方法允许的范围内。在测量精确度的保障过程中,水文水资源的水位测量可利用雷达水位计和直立式水尺等工具,借助人工观测数据的方式测得,流量数据的获取,可采用水文缆道、桥测、涉水等进行精准观测,借助流速仪法、浮标法等得到参数数据,单样含沙量采用模式采样器取样的方法,利用过滤法获得准确数据,以此保障水文水资源测试过程中的测量精度符合预期。

5未来的发展趋势

为预防洪水灾害，我国各地建立多个蓄水泄洪区，这样不仅可以合理利用水文水资源，而且可以更好地进行洪水灾害预防。当前，将GPS技术直接应用到水文水资源监测中，可以很好地解决水文水资源监测难题，实现对水文、土壤、地形地貌、地下水等基本情况的监测。未来，应该继续完善水资源流域监测系统，减少监测数据误差，提高监测数据的精确性。另外，GPS技术要与遥感（RS）、地理信息系统（GIS）等先进技术结合，提高技术扩展性，实现信息资源共享，提高自身在水文水资源监测中的应用水平。

结束语

GPS技术是信息技术快速发展的产物，其在水文水资源监测中的应用是新技术应利用到实际生产生活中的具体体现，有助于实时了解各个地方及各种环境下的水资源信息，全面、动态监测水文水资源，从而达到高效治理水资源、利用水资源的目的。

参考文献：

[1]韩跃丽,杨洁,刘书弟.TrimbleSPS881GPS接收机在华县水文站测量中的应用[J].水文研究,2019(02):20-24.

[2]安宵,张东方,夏岢.GPS快速测量技术在河道测量中的应用[J].水科学与工程技术,2018(03):68-71.