GPS技術(shù)在水文水資源監(jiān)測方面的應(yīng)用

鄧凡　徐會青

摘 要：隨著各種新技術(shù)的層出不窮，全球衛(wèi)星定位技術(shù)也得到了前所未有的發(fā)展與進步，尤其是網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的發(fā)展更是提高了我國水文水資源監(jiān)測技術(shù)水平，從一定程度上保證了監(jiān)測質(zhì)量。文章主要針對現(xiàn)階段我國GPS技術(shù)的使用進行簡要的分析與總結(jié)，并就其存在地問題提出合理化的解決措施，僅供參考。

關(guān)鍵詞：水文水資源；GPS；監(jiān)測；應(yīng)用

引言

隨著人們生活水平的逐漸提高，對于環(huán)境保護意識也在不斷加強。作為環(huán)境保護的重要組成部分之一，監(jiān)測技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測中起到了不可替代的重要作用。文章主要針對現(xiàn)階段我國水體污染現(xiàn)狀及相關(guān)技術(shù)監(jiān)測存在的一些問題進行簡要的分析與總結(jié)，并為其他監(jiān)測手段提供可靠的技術(shù)支持。加強水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)質(zhì)量控制，不僅僅可以有效的對數(shù)據(jù)進行分析對比，還能提升水環(huán)境的整體監(jiān)測水平，通過一系列的監(jiān)測行為及規(guī)范，可以將數(shù)據(jù)信息進行有效地整理，從而指導(dǎo)水文監(jiān)測的正確性與相關(guān)的執(zhí)法力度的實施。

從某種意義上而言，GPS技術(shù)不僅僅可以有效進行毫米精度定位，更具有其全球性、連續(xù)性和全天候等特點。其中RTK軟件定位系統(tǒng)可以配合其他先進的監(jiān)測系統(tǒng)及導(dǎo)航測量軟件，實時定位監(jiān)測并繪制成圖。尤其是在河道、湖泊、水庫等施工方面的應(yīng)用，通過圖紙分析能有效地做出各種險情預(yù)測，并對存在的問題能夠清晰準(zhǔn)確地上報，利于相關(guān)負責(zé)人做出有利的決策。

RTK技術(shù)雖然在使用地過程中帶來了極大的便利，但是也應(yīng)該看到其不足。20世紀(jì)90年代中期，就有人提出了將這項技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，利用信息網(wǎng)絡(luò)可以彌補GPS對水文監(jiān)測的不足，真正意義上實現(xiàn)全面覆蓋，可以擬設(shè)置一個虛擬網(wǎng)絡(luò)來對水文監(jiān)測進行實時掌控，通過對某一地區(qū)的水質(zhì)進行檢測來估算其正確的計算方法。

1 目前網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)具備主要功能

（1）采用VRS作為系統(tǒng)實時定位技術(shù)，提供實時定位差分?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)。（2）采用GPRS或GSM數(shù)據(jù)通信方式提供實時數(shù)據(jù)訪問，通過Internet實現(xiàn)事后精密定位的數(shù)據(jù)服務(wù)。（3）永久性的基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可升級為國家級GPS跟蹤站、國家地殼形變監(jiān)測站。（4）服務(wù)范圍：導(dǎo)航陸上和海上導(dǎo)航，地理信息采集、更新、定位；測繪、地籍、規(guī)劃、工程建設(shè)、變形監(jiān)測、地殼形變監(jiān)測等。

2 GPS技術(shù)在水文水資源監(jiān)測方面的應(yīng)用

2.1 GPS水位數(shù)據(jù)自動采集及實時傳輸系統(tǒng)的含義

2.1.1 系統(tǒng)的研制

（1）局部精密高程轉(zhuǎn)換模型的建立。GPS實測的是大地高程，而水位測量中通常采用的是國家“85”高程，這就需要通過建立高程轉(zhuǎn)換模型，實現(xiàn)大地高程向國家“85”高程的轉(zhuǎn)換。（2）實時水位的提取。在手掌機（PDA）上編制軟件，實時提取RTK高程數(shù)據(jù)，并利用已經(jīng)建立的高程轉(zhuǎn)換模型，獲取以國家“85”高程表達的水位。（3）漸進式水位數(shù)據(jù)的濾波算法研究。為確保水位數(shù)據(jù)的精度，研制一定的濾波模型，對短時間內(nèi)水位數(shù)據(jù)進行漸進式濾波處理，以消除觀測誤差的影響。研制模型，編制軟件并鑲?cè)隤DA中，確保水位數(shù)據(jù)的正確無誤。（4）野外觀測單元子系統(tǒng)的合成。PDA收集到了水位數(shù)據(jù)以后，需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心。數(shù)據(jù)發(fā)送可以采用手機中的GPRS通訊模式實現(xiàn)（也可采用網(wǎng)絡(luò)或別的傳輸系統(tǒng)）。要實現(xiàn)整個系統(tǒng)，首先需要將PDA系統(tǒng)與手機系統(tǒng)實現(xiàn)合成，在此基礎(chǔ)上，將水位數(shù)據(jù)進行編碼并向手機中輸送。（5）監(jiān)控單元。數(shù)據(jù)發(fā)送出去后，在監(jiān)控單元需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。數(shù)據(jù)的接收由接收單元（手機/手機模塊/固定電話）以及數(shù)據(jù)管理單元（中央計算機）組成。編制程序?qū)用艿木幋a進行解密處理，并對水位數(shù)據(jù)進行管理。（6）智能監(jiān)控系統(tǒng)的建立。水位數(shù)據(jù)的自動采集以及實時傳送實現(xiàn)智能化。通過編寫軟件，實現(xiàn)監(jiān)控中心對野外觀測單元的工作狀態(tài)監(jiān)測和管理（GPS開關(guān)機操縱、采樣間隔設(shè)置、以及數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容、頻率和模式選擇）、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理（設(shè)置選擇不同的濾波參數(shù)或模型）。真正實現(xiàn)對野外測量單元的智能監(jiān)控。

2.1.2 GPS水位數(shù)據(jù)自動采集及實時傳輸系統(tǒng)的特點

（1）方便靈活。可方便地移動到任何位置、在任何狀態(tài)下進行水位測量。（2）全自動化。無須進行任何參數(shù)設(shè)置，實現(xiàn)水位數(shù)據(jù)的自動提取、發(fā)送、接收、數(shù)據(jù)的管理和初步分析。（3）智能化。參數(shù)設(shè)置，指令發(fā)布、執(zhí)行等整個操作在監(jiān)控中心通過計算機實現(xiàn)，無需到野外執(zhí)行。（4）高質(zhì)量的水位數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)、GPS接收機以及濾波技術(shù)，確保了對水位數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制。

2.1.3 洪水調(diào)度

借助該系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時監(jiān)測水位的變化，并將各個位置的水位數(shù)據(jù)傳輸?shù)筋I(lǐng)導(dǎo)決策層的辦公室，計算機中的信息系統(tǒng)將根據(jù)實施監(jiān)控的水位，繪制水位曲線，并動態(tài)的顯示實際的洪水推進、蓄洪區(qū)淹沒，并給出可能涉及的遷移人口、需要轉(zhuǎn)移得可能位置和可能造成的經(jīng)濟損失等信息。領(lǐng)導(dǎo)決策層根據(jù)這些信息，在辦公室中對水情就會又一個全面的掌握，并能夠準(zhǔn)確的下達防洪決策指令。

2.2 GPS技術(shù)在水文水資源監(jiān)測其他方面的應(yīng)用

2.2.1 流量測驗中的應(yīng)用

獨流減河河口水文巡測斷面，高洪期水面寬，同時要考慮潮位的影響，過去采用常規(guī)測驗定位方法--基線輻射桿六分儀夾角定位法，靠測船在搶測。由于視距長，障礙物多，標(biāo)志背景復(fù)雜，原來設(shè)置的斷面標(biāo)已無法通視。為了保證水文巡測工作不中斷，利用GPS施測獨流減河斷面，收集高洪期水文資料。從測驗的情況看，GPS系統(tǒng)運行正常，解決了水文巡測中斷面測驗定位難的問題。

2.2.2 水質(zhì)監(jiān)測方面的應(yīng)用

從一定程度上而言，水庫中的水質(zhì)其污染程度相對比較嚴(yán)重，所以利用GPS技術(shù)能夠?qū)λ畮熘械乃|(zhì)進行采樣定位、信息搜集。然后將這些信息進行合理化驗分析，從中得出水庫中各種水質(zhì)的監(jiān)測結(jié)果，可以以不同形式的直線圖呈現(xiàn)出來，這樣就可以依據(jù)顯示的信息總結(jié)水質(zhì)污染規(guī)律。

3 GPS應(yīng)用展望

近年來，為了有效降低防洪災(zāi)害、雨洪資源的不合理使用，依據(jù)實際發(fā)展需要而建立的蓄水洪區(qū)在很大程度上緩解了這一問題。利用GPS技術(shù)能夠有效的將信息資源進行整合、分類并加以利用。以往信息的掌握并不能準(zhǔn)確的體現(xiàn)出蓄滯洪區(qū)的水資源狀況，從而限制了水文監(jiān)測的范圍，并在一定程度上也影響其質(zhì)量。但網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的出現(xiàn)卻大大改變了這一現(xiàn)狀，它不僅僅可以遠距離的進行監(jiān)測，更能對地貌、土壤以及管線等各種信息進行準(zhǔn)確的測量與采集，進而完善了蓄滯洪區(qū)的信息監(jiān)測系統(tǒng)，并對其他相關(guān)部門提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)束語

綜上所述，各種技術(shù)的層出不窮在很大程度上推動了我國水文監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，但是也應(yīng)該認識到其不足。在未來的發(fā)展過程中，必須依據(jù)實際情況，不斷引進先進的技術(shù)及管理水平，從多個方面來提升水文監(jiān)測信息采集的準(zhǔn)確性以及安全性。相信在未來的發(fā)展過程中，我國水文水資源監(jiān)測技術(shù)將得到長久的發(fā)展與進步，從根本上推動我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展。

參考文獻

[1]劉會建.水環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制相關(guān)措施的探討[J].中國科技創(chuàng)新導(dǎo)刊，2011，12.

[2]曹小紅.論水環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量保證工作的實施[J].北方環(huán)境，2011，9.

[3]蔣樹艷.水質(zhì)監(jiān)測的質(zhì)量控制探析[J].中國資源綜合利用，2010，7.