GPS技術在水文水資源監測中的應用

郭樹賢 閆海波

（新鄉水文水資源勘測局，河南新鄉 453600）

GPS技術在水文水資源監測中的應用

郭樹賢 閆海波

（新鄉水文水資源勘測局，河南新鄉 453600）

GPS技術由于自身眾多優點被廣泛應用到各個領域，尤其是在水文水資源監測工作中發揮著重要作用。基于此，簡要介紹GPS技術、RTK技術的應用原理及特點，詳細闡述與展望GPS技術在水文水資源監測中的應用。

GPS技術；RTK技術；水文監測

1 GPS技術

GPS（Global Positioning System），意為全球定位系統，可以同時對海陸空進行全方位的導航和定位，實施三維導航能力和定位能力，具有自動化、高精度、高效益及全天候等優點，在工程測量、地表測量、資源勘探及水資源監測等方面發揮著重要應用［1］。GPS技術與RTK軟件定位系統相配合，可以對水庫、河道及湖泊等進行實時定位和監測，并自動繪制成圖，通過圖紙分析可以進行各種險情預測，對存在的問題可以作出精準判斷并上報，為有關負責人作出決策提供依據。

GPS技術對水文水資源的監測，一是具有方便靈活的特點，對水位進行監測時可以移動到任何位置，不管在任何狀態下都能進行。二是具有全自動化的特點，可以實現對水文數據的自動收集、輸出和接收等，在初步分析環節可以不用設置參數。三是具有智能化的特點，在實際操作應用中，比如發布指令、參數設置等在野外可以不進行執行，直接利用計算機就可以實現。四是數據能達到高精準的特點，通過GPS技術、RTK技術及濾波技術等保證水位數據的測量質量，確保可以提取到高質量的水位數據。

2 RTK技術

RTK（Real Time Kinematic），意為相應動態差分法，可以測量控制點的三維坐標。目前是一種新的GPS測量方式。傳統的測量方式比如靜態、動態測量，需要通過繁瑣的測量程序最后才能得到數據信息。然而，TRK技術在實際使用中可以實現自動定位，通過動態差分法就可以直接得到精準數據信息。其使用為工程測量、地形測圖及其他各種測量都帶來了巨大方便，也大大提高了工作效率。

RTK技術在實際應用中能夠帶來很大方便，但也存在一些不足。一些專家指出，應將RTK技術與網絡有效結合，通過利用信息網絡來彌補GPS技術對水文水資源監測的不足，以真正實現全面覆蓋。比如，設置一個虛擬網路對某一地區的水文水資源進行實時監測，然后通過檢測進行正確的計算。

3 GPS技術在水文水資源監測中的應用

3.1 對水位數據進行自動采集和實時傳輸

3.1.1 局部轉換模型建立得更加完善和精密。通過高程轉換模型可以進一步實現地表高程向國家“85”高程的轉換，也就是說GPS實測的是大地高程，而水文資源測量采用的是國家“85”高程。

3.1.2 實現對水位的實時監測和提取。如果采用國家“85”高程測量水位，利用軟件進行編制，對RTK數據進行實時提取，同時可以利用高程轉換模型進行轉換。

3.1.3 研制濾波算法。在實際的應用中，為了避免受到觀測誤差的影響，確保水位數據監測準確，需要對濾波模型進行研制，在模型研制完成后編制相應的軟件并輸入到手掌機（PDA）中。

3.1.4 進行有效的系統合成。將收集的水位數據通過通訊模式發送到監控中心，使野外觀測單元子系統進行有效合成，即手機系統與PDA系統相結合，以此來實現整個系統。在這個基礎上可以將水位數據進行編碼然后向手機發送。

3.1.5 監控單元。數據輸出以后需要通過控制單位來實現數據的接收，通過編制程序來解除加密的編碼，然后對接收的數據進行管理。

3.1.6 智能監控系統的建立。水位數據在自動收集以后通過職能化、網絡化來實現數據的實時傳送，野外監測的工作狀態包括數據傳輸的內容、模式、頻率、開關機操作及采樣間隔等都可以通過軟件編寫來實現，真正體現出野外測量單元的智能化監控模式。

3.2 實現洪水調度

我國是自然災害較多的國家，其造成的經濟損失也是非常嚴重的，國家和政府對這一方面非常重視，研究和制定各種自然災害的應對措施。比如，在防汛減災工程措施中，很多流域建設防洪決策支持系統，通過GPS技術對水資源進行調度、洪水預警、減災措施分析、洪災損失評估及水利工程效益分析等，為災民轉移路線及救災物資運輸路線提供決策依據。目前，我國已建立多個防汛減災系統，比如防汛指揮系統、防洪智能應急預警系統、防洪規劃信息管理系統、防汛信息查詢系統和洪水風險評估系統等。

GPS系統可以對水位的變化進行實時監測，同時可以快速地將不同位置的水位數據傳輸給領導層，水位數據信息可以通過計算機繪制成水位曲線，在計算機界面可以進行動態顯示，比如蓄洪區的水位情況、洪水推進情況、人員轉移情況以及可能造成的經濟損失等。這些信息都可以及時傳送給領導層，領導層可以隨時掌握水情的變化，為領導層制定防洪計劃、傳達防洪指令提供可靠依據。

3.3 實現流量測驗

在獨流減河斷面巡測的過程中，不僅要考慮潮位對巡測工作的影響，而且要考慮到對高洪期水面寬度的影響。常規的巡測方法由于受到障礙物多、視距長及標志背景復雜等因素的影響，使原來設定的斷面標無法通視，無法保證測量數據的準確性。因此，采用GPS技術就可以完全消除這些顧慮，確保水文巡測工作順利開展。另外，GPS技術在實際的應用中，與雨水情信息數據庫相結合，可以在電子地圖上實現水情時時報警，可以對水庫水位、河道水位、雨量情況及遙感觀測站運行故障等時時報警。如果某一水庫超過防汛限定水位時，系統界面就會自動彈出相應窗口，并發出警報信息。

3.4 對水質進行監測

GPS技術在水庫水質監測的應用中，可以進行采樣定位、信息收集，然后對這些信息進行合理化分析，最后得出水質的監測結果，同時也可以通過不同形式的圖形來表示，依據圖形進一步總結水質污染規律。

4 GPS在水文水資源監測中的應用展望

最近幾年隨著社會的發展，我國先后建立了多個蓄水洪區，在一定程度上緩解了防洪資源利用不合理的現象。傳統的監測方式不能準確地體現出洪區水資源情況，對水文情況的監測范圍也有很大限制，影響監測質量。但是，利用GPS技術就可以很好地將水資源信息進行收集和整合、分類并加以應用。加之RTK技術可以進行遠距離監測，對土壤、地貌及地下水情況進行準確采集和測量，進一步完善蓄水洪區的信息監測系統，為相關部門提供科學、可靠的信息依據。

因此，GPS技術在今后應用中要重視以下幾個方面：①進一步體現出這種技術的可擴展性，建立完善的水文監測系統；②對各種水文數據進行深入研究和分析，完善數據分析模型，以提供精準的計算結果，從而提高工作效率和質量；③與其他技術充分結合，GPS技術可與GIS、RS、IT技術深入結合，進一步體現其自身的開放性和可開展性；④對GPS系統進一步完善數據管理功能，如安全、高效及分布管理等功能，保證系統基礎的穩定能力；⑤充分利用網絡資源，實現資源共享，提供綜合信息的網絡化服務，提供成熟的技術平臺，以確保GPS系統可以長期穩定運行。

5 結語

監測技術的發展在很大程度上推動著我國水文水資源監測技術的進步。在今后的發展道路中，要不斷吸收和引進國外先進技術及管理水平，結合我國監測技術的實際情況，從多角度、多方面來提升我國的水文監測技術，進一步提升水文水資源數據信息的準確性和可靠性。

［1］孫修程.GPS RTK技術在水利工程控制測量中的精度分析［J］.商品與質量·建筑與發展，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

郭樹賢（1985-），男，本科，助理工程師，研究方向：水文水資源。