GPS技术在水文测量中的应用分析常洪武

GPS技术在水文测量中的应用分析常洪武

常洪武

黑龙江省鸡西水文局黑龙江鸡西158100

摘要：GPS技术作为一种水文监测领域先进的测量技术，具有高精准度、实时快速的优点。它主要由地面控制、空间构造和硬件设备构成，通过联合信息通讯技术将地表三维坐标以图画方式展现出来的科技手段。该技术因其计量准确、操作方式简单等优点对测绘行业具有重要作用。

关键词：GPS技术；水文测量；应用

1导言

水文测量是一项系统性的工作，水文测量技术的选择与合理应用也关系到水文测量精度和质量，结合实际情况合理选择先进的测量技术，能提升测量技术精度。在测量的过程中不可避免的会受到外界因素影响，从而产生误差，如何有效的控制误差至关重要。

2GPS测量系统的结构与原理

GPS技术研究的起步时间为20世纪70年代，GPS技术起步时间较晚，是20世纪90年代。GPS技术全称为全球实时定位动态测量技术，是实时动态测量与全球定位两种技术的结合产物，载波相位观测技术为我们提供了根据实时差分进行地理定位的数据，极大地提高了水文测量的工作效率、测量精准度。GPS结合数据通信经过多年发展，当下GPSRTK技术在水文测量工程当中有了广泛使用，提高了水文测量工作工作效率，测量结果也更加准确，促进了水文行业科技发展水平的提高。

2.1多种GPS模式技术

GPS用于测量可以分为四种模式：GPS基础静态模式、GPS高速静态模式、GPS基础动态模式和GPS实时动态测量模式。GPS技术还可以衍生出GPRSGPRS技术，在中国例如北京、广州、西安、上海等较为发达城市中还是用了一种叫做CORS的虚拟GPS技术，当然这么多的技术当中，GPS技术的适用范围、使用频率是最高的。

2.2GPS系统结构

GPS技术进行定位是依据载波相位观测原理来进行的，能够提供实时的差分定位数据，提供各种地球表面动态坐标的三维数据，这当然需要依靠移动站进行辅助。GPS系统中主要包括了基准站、导航卫星、移动站、通讯电台和动态差分测量应用软件。

2.3RTK系统结构

RTK是GPS中的载波相位差分实时动态测量系统。RTK系统由一个基准站、一个或多个移动站及无线电通讯电台组成。基准站由天线、接收机、天线、超高频发射电台、基准站控制器和供电电源组成。移动站由GPS天线、GPS接收机、UHF天线、UHF超高频接收电台、移动站控制器、电脑和供电电源组成。

2.4GPS测量系统的工作原理

在GPS测量的系统中，GPS天线多在导航卫星信息进行实际采集的点；GPS接收机在这个系统中的作用是对卫星发回的信息进行采集、分析、存档。基准站GPS接收机对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将其观测数据和基准站已知的基本信息（基准站的坐标、天线高程）通过UHF超高频发射电台实时地发送给移动站。

3GPS监测技术的优越性

GPS技术由美国率先研究开发，并于上世纪60年代投入使用。起初，美国使用该技术的主要目的是搜集军事情报、监测核爆以及应急通讯等，而后应用领域逐渐扩大涉及军用，科技以及人们日常生活的多个方面。GPS以计算机为载体，通过卫星定位系统收据相关数据从而获取准确的位置信息，是一种实时快速、准确科学的高新技术手段。该技术的整个工作过程都需要对卫星的位置进行精准定位，通过卫星信号传播到接收器上，从而使操作者掌握地理位置信息。GPS信号包括C/A码和P码两种伪随机码，其中C/A码的频率为1.023MHz主要用于民，用而P码的频率是C/A码的10倍专供军事应用。

人类在地面接收GPS信号主要是通过接收器这一载体，通过对比终端用户时间和卫星时间来判断接受字符串的距离，利用高新通信技术计算出导航时间，判断出卫星的具体位置，最终判断用户的精确位置。据相关部门统计，截止到目前GPS卫星数量全球覆盖率高达98%，几乎能够覆盖地球上的任何一个地方和区域，从而实现实时准确的三维定位。GPS技术耗时短，能够在几秒钟的时间里实现准确定位。

利用GPS技术来进行水文测量，有利于提高水文资源的测量效率，利用该技术进行测量作业时只需要少数几个观察员即可，这在一定程度上大大解放了劳动力，避免了不必要的人力物力的消耗。此外，水下地形监测也是水文监测的一项重要内容，测绘尺度和精度都是GPS的参考目标，所以在选择测量仪器时要根据水文实际情况进行，这样有利于确保测量结果的精准度。

4GPS技术在水文测量中的应用

为避免传统水文测量方法的弊端，充分发挥GPS技术优越性，研究人员将该技术充分应用在水文测量系统中，以求最大限度的提高测量工作的效率。具体操作方法如下：在水文测量区域内放置GPS地面接收器，对定位的监测位置建立相应的坐标，找出对应的数值参数，然后根据数据确定参考模式。GPS水文测量系统将根据参考模式的类别自动改变操作方法。GPS地面接收器可移动的天线必须处于坐标系的几何中心位置，根据国家“85”海拔标准，直接通过天线和确定的表面水位来获取水文高度的实际参数。不过需要注意的是，地球高程也必须以“85”海拔标准的方式进行转换，并将转化出的参数输入到计算机系统中获取高程数据，再结合相关测量模型，获得当地的水位信息。

为了确保所测得的水位信息准确无误，需要根据实际情况建立合适的滤波模型，采用滤波对水位数据进行专业处理，在此过程中要结合渐进算法减少外界因素的不良干扰。此外，需要在计算机系统中安装专业过滤软件保证计算结果的精准，工作人员利用计算机接收GPS发射的水位数据，及时将数据传递到监控系统，从而快速获取水位数据、污染程度以及采样点坐标等信息。技术人员将采集到的数据信息输入到监测地图中，及时准确地掌握水质、水体污染等情况的具体信息，为水资源的科学管理提供了依据。

4.1地形测量

《水文巡测规范》中明确规定，在地形发生明显变化时要进行详细的地形测量，传统水文测量技术在地形测量中的应用往往需要2－3人来完成，而利用GPS－ＲTK技术测量能够去除布设控制点等工作环节，仅需1名有经验的工作人员即可完成测量工作，通过测图软件就可以实现对地形图的绘制，相较于传统水文测量技术来说，不仅节约了人力资源，同时有效提升了作业效率和测量精度。

4.2大断面测量

钢尺、经纬仪、全站仪、水准仪等是水文测站大断面测量中经常采用的仪器，钢尺能够实现对测点间距离的丈量，经纬仪和全站仪能够有效确定测点的方位，而水准仪则能够实现对高程的测量。在整个测量过程中，每一种仪器工作都需要配备两名以上工作人员。需要注意的是，在大断面测量中，经常会遇到杂草灌木丛生、水面宽或断面有江心洲等复杂地形环境，利用上述仪器测量难度较大，不能保证测量效率和精度，而应用GPS－ＲTK实时动态测量技术则能够有效解决上述问题，只需要1位工作人员带上移动站，以测量流程为依据，将断面线输入到移动站内，对测点校核，之后根据GPS导航施测即可。每一个测点都处于断面线之上，相较于传统测量技术来说，不仅测量精度较高，且测点密集数据量大，有效提升了大断面测量质量。

5结束语

总之，GPS实时动态测量技术给水文测量带来很多好处，能减轻工作量、测试过程简单、测量耗时小、精确度高，使其在水文测量领域中广受好评，被广泛推广与应用。当然，任何一个技术都不是完美的，技术本身都会存在一些精度问题，但是这是可以改良和优化的，实时动态测量技术虽然说目前并不能完全取代过去使用的传统方法，但是可以相信，随着科技发展，GPS技术会更加完善。

参考文献

［1］徐飞.GPS在水文河道地形测量中的应用探讨［J］.技术与应用，2016（21）：65-66.

［2］耿毅.遥感技术在水文水资源方面的应用及进展［J］.河南科技，2017（15）：8-9.

［3］廖玮灿.GPS技术在水文水资源监测方面的应用［J］.河南科技，2016（16）：20-21.