GPS在水文河道地形測量中的應(yīng)用

孫明龍

摘 要：近年來，我國水利行業(yè)取得快速發(fā)展。這也得益于GPS在水文河道地形測量中的應(yīng)用。相對于傳統(tǒng)的水文河道地形測量方式，GPS技術(shù)在測量中表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。基于此，本文將對GPS在水文河道地形的測量原理做出一定的介紹，重點對GPS在水文河道地形測量中的應(yīng)用進行研究。

關(guān)鍵詞：GPS 水文河道 地形測量 應(yīng)用

中圖分類號：TV221.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0142-02

1 水文河道地形測量現(xiàn)狀

對于水下地形測量技術(shù)，近年來我國的研究發(fā)展已經(jīng)取得一定的進步。并且不斷將新的研究成果應(yīng)用到實際水利工程中，獲得越來越多的經(jīng)濟效益。水利行業(yè)在發(fā)展過程中應(yīng)該根據(jù)實際情況不斷提高水下地形測量技術(shù)。在進行水下地形測量時，應(yīng)該選擇合適的設(shè)備儀器。當前，光學定位功法、地面無線電定位技術(shù)配合測深儀法以及采用測量機器人和雙頻數(shù)字測深儀法等方法是常用的幾種方式。隨著技術(shù)的不斷成熟，當前在對水下地形進行測量時已經(jīng)開始使用全球定位系統(tǒng)來確定測量坐標，完成對數(shù)據(jù)的獲取。

2 GPS-RTK技術(shù)在水下地形測量中的應(yīng)用原理

在傳統(tǒng)方式中，水下地形的測繪大多采用測深桿、測深錘、經(jīng)緯儀、回聲測深儀和機載激光測深等手段，根據(jù)河床斷面的走向完成測量工作。使用測探桿、測深錘加上平面定位儀器可以有效完成對河床斷面較窄、匯水面積不大、水流速度較慢、深度較淺的水域的測量工作；而使用回聲測探儀和角度交匯法可以完成對水流較急、較深、匯水面積較大的區(qū)域的測量工作。當前比較常用的測量方式是回聲測深儀和角度交會法，主要基于以下兩個原因：一是需要對回聲測深儀測繪的紙帶圖形、結(jié)合水位高程進行量測分析以確定水下高程；二是需在兩岸采用經(jīng)緯儀或全站儀以確定測深儀的平面位置。這樣一來就增加了操作難度，另外對平面位置和水深位置測定的同步性要求較高。

當前，使用GPS-RTK和數(shù)字探測的新技術(shù)，從而順利實現(xiàn)對水下三維信息的獲取和水下地形測繪的自動化。GPS-RTK測量的基本流程是：電臺將觀測值和坐標信息發(fā)送給流動站接收機，基準站再將電臺獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送給流動站接收機，完成對觀測數(shù)據(jù)的采集工作。在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，得到空間位置。水下地形測量的主要內(nèi)容是完成對平面坐標和高程的測量。傳統(tǒng)方式對水下地形的測量需要分兩個步驟，先要借助測量儀器或者GPS設(shè)備完成對平面坐標的確定，而高程需要通過測深數(shù)據(jù)和水面驗潮數(shù)據(jù)計算得出。使用免驗潮法GPS技術(shù)對水下地形進行測量時，可以通過在垂直方向架設(shè)天線，獲取高程，從而一次性得到空間坐標。使用這種方式還可以通過消除潮汐、水位落差的影響提高測量數(shù)據(jù)的準確性。其中，進行水位觀測更是整個過程中的重要環(huán)節(jié)。

3 GPS在水文河道地形測量中的應(yīng)用

GPS在水文河道地形測量中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在設(shè)備的選擇、基準站的布設(shè)以及水位觀測三個方面。三者之間相互聯(lián)系，共同發(fā)揮作用，提高測量數(shù)據(jù)的準確性。

3.1 設(shè)備的選擇

設(shè)備的選擇包括GPS的選擇和儀器的選擇。

3.1.1 GPS的選擇

GPS在水文河道測量中的主要作用是利用自身的定位功能完成水上的定位和導航。因此數(shù)據(jù)的可靠性對測圖比例尺具有較強的依賴性。當前，在我國的地下水型測量工作中，可以劃分為差分型和非差分型兩種。另外在水上作業(yè)必須保證導航連續(xù)，從而保證數(shù)據(jù)的準確性。當前差分型的精度等級可以實現(xiàn)亞米級，但對于水下測量范圍較大的情況，這種方式難以滿足測量要求。此時選擇實時動態(tài)差分RTK模式，可以很好地實現(xiàn)測量效果。

3.1.2 測量儀的選擇

測量儀器主要指的是測深儀器聲吶系統(tǒng)。水深測量目標的實現(xiàn)必須依靠測深儀器聲納系統(tǒng)，由于測量設(shè)備精度與測量儀器本身存在的誤差、水深度以及水的溫度有直接的關(guān)系，因此在選擇測量設(shè)備時，應(yīng)該根據(jù)具體情況進行選擇。整個測量過程跟測量面積沒有關(guān)系，常用的設(shè)備有單頻測探儀、雙頻測探儀以及多波束測深系統(tǒng)三類。具體選擇設(shè)備時，應(yīng)該首先對設(shè)備的完好性和精度進行檢查，根據(jù)水深、水溫等因素確定最終的儀器設(shè)備。

3.2 基準站的布設(shè)

在常規(guī)的水下地形測量過程中，通常會依靠岸上的比例控制進行準確定位，完成定位后，再進行下水測量。但在實際進行測量時，需要工作人員綜合使用全球定位系統(tǒng)，并在準確的流動站完成測量工作。在測量過程中如果出現(xiàn)測量數(shù)據(jù)和實際要求相違背的情況，應(yīng)該第一時間切換基站，從而保證數(shù)據(jù)的有效性。使用這種方式可以大量節(jié)約工作時間，提高施工效率，減輕人力勞動的強度。

3.3 水位觀測

水位觀測在整個數(shù)據(jù)測量工作中，具有重要作用，在水文河道進行測量時有兩種方式：傳統(tǒng)的水位觀測方式和利用GPS的RTK方式確定水位的方法。

3.3.1 傳統(tǒng)水位觀測的方法

使用傳統(tǒng)的水位觀測包括人工觀測和自動觀測兩種方式。人工觀測方式由于容易受到相關(guān)因素的影響，因此具有一定的局限性，有時難以保證數(shù)據(jù)的精確性。這種方式適用于臨時的測量工作，具體包括儀器實測和水尺測量兩種方式。這種方式自身也存在較大的局限性，對數(shù)據(jù)的精確性發(fā)展具有不利影響。通常可以在控制點上直接安置全站儀，但應(yīng)該保證與待放線點可通視，并且控制點的距離不能太遠。然后啟動全站儀放樣程序鍵入測站點的坐標，照準后視點，鍵入后視點坐標，此時全站儀可以根據(jù)坐標完成方位角的計算。然后進行定點放樣操作，如以后視點為放樣點，鍵入坐標之后，照準后視點，此時的全站儀顯示屏在各個方位顯示不移動，則證明數(shù)據(jù)準確。若提示移動，按照指令進行操作即可。

3.3.2 利用GPS的RTK方式確定水位的方法

為了解決傳統(tǒng)水位觀測方式中存在的問題，相關(guān)研究人員將全球定位系統(tǒng)技術(shù)綜合運用到水下地形的檢測中去，使用這種技術(shù)有效削弱了傳統(tǒng)檢測方式對檢測數(shù)據(jù)準確性的干擾。使用這種方式只需要將GPS接收機放在測量區(qū)域附近就可以完成有效的檢測工作。利用GPS的RTK方式確定水位的方法具有以下優(yōu)點：第一，適用范圍較大。由于在實際測量過程中，水面起伏較小，比較適合工作不會變化比較頻繁的測量區(qū)域。第二，效率和安全性較高。部分位置區(qū)域位置偏遠，河岸陡峭，增加了測量困難，同時對工作人員的生命安全也造成一定的威脅。使用GPS-RTK測量技術(shù)可以在測量區(qū)域的安全范圍內(nèi)完成測量工作，從而最大程度上消除安全隱患。

4 結(jié)語

綜上所述，水文河道地形測量是我國水利事業(yè)的重要方面，加快其發(fā)展對于我國的經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。在水文河道地形測量中使用GPS技術(shù)，可以有效提高測量數(shù)據(jù)的精確性，這也是當前發(fā)展技術(shù)中的首選方式。因此，測量人員在進行測量工作時，應(yīng)該通過對實際情況的分析，準確使用GPS-RTK技術(shù)，高效完成數(shù)據(jù)測量工作。希望通過本文論述，為行業(yè)技術(shù)進步貢獻一份力量，推動行業(yè)技術(shù)發(fā)展。

參考文獻

[1] 魏榮灝，史永忠.PPK技術(shù)在水庫水下地形測量中應(yīng)用[J].水利科技，2017（4）：23.

[2] 張緒朋，朱利超.測繪新技術(shù)在水庫庫容測量中的應(yīng)用[J].山東水利，2017（6）：112.

[3] 李學恒.水下地形測量技術(shù)方法應(yīng)用分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2017（4）：96.

[4] 顧飛艇.數(shù)字化測繪技術(shù)在水下地形測量應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2016（17）：45.

[5] 袁軍，龔春龍.陵水港口水下地形測量探討[J].中國農(nóng)村水利水電，2013（8）：12-14.endprint