GPS在水文河道地形測(cè)量中的應(yīng)用

孫明龍

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)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(cè)量中的應(yīng)用。相對(duì)于傳統(tǒng)的水文河道地形測(cè)量方式，GPS技術(shù)在測(cè)量中表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)?；诖?，本文將對(duì)GPS在水文河道地形的測(cè)量原理做出一定的介紹，重點(diǎn)對(duì)GPS在水文河道地形測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：GPS 水文河道 地形測(cè)量 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TV221.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（a）-0142-02

1 水文河道地形測(cè)量現(xiàn)狀

對(duì)于水下地形測(cè)量技術(shù)，近年來(lái)我國(guó)的研究發(fā)展已經(jīng)取得一定的進(jìn)步。并且不斷將新的研究成果應(yīng)用到實(shí)際水利工程中，獲得越來(lái)越多的經(jīng)濟(jì)效益。水利行業(yè)在發(fā)展過(guò)程中應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況不斷提高水下地形測(cè)量技術(shù)。在進(jìn)行水下地形測(cè)量時(shí)，應(yīng)該選擇合適的設(shè)備儀器。當(dāng)前，光學(xué)定位功法、地面無(wú)線電定位技術(shù)配合測(cè)深儀法以及采用測(cè)量機(jī)器人和雙頻數(shù)字測(cè)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(dāng)前在對(duì)水下地形進(jìn)行測(cè)量時(shí)已經(jīng)開(kāi)始使用全球定位系統(tǒng)來(lái)確定測(cè)量坐標(biāo)，完成對(duì)數(shù)據(jù)的獲取。

2 GPS-RTK技術(shù)在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用原理

在傳統(tǒng)方式中，水下地形的測(cè)繪大多采用測(cè)深桿、測(cè)深錘、經(jīng)緯儀、回聲測(cè)深儀和機(jī)載激光測(cè)深等手段，根據(jù)河床斷面的走向完成測(cè)量工作。使用測(cè)探桿、測(cè)深錘加上平面定位儀器可以有效完成對(duì)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(cè)量工作；而使用回聲測(cè)探儀和角度交匯法可以完成對(duì)水流較急、較深、匯水面積較大的區(qū)域的測(cè)量工作。當(dāng)前比較常用的測(cè)量方式是回聲測(cè)深儀和角度交會(huì)法，主要基于以下兩個(gè)原因：一是需要對(duì)回聲測(cè)深儀測(cè)繪的紙帶圖形、結(jié)合水位高程進(jìn)行量測(cè)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(cè)深儀的平面位置。這樣一來(lái)就增加了操作難度，另外對(duì)平面位置和水深位置測(cè)定的同步性要求較高。

當(dāng)前，使用GPS-RTK和數(shù)字探測(cè)的新技術(shù)，從而順利實(shí)現(xiàn)對(duì)水下三維信息的獲取和水下地形測(cè)繪的自動(dòng)化。GPS-RTK測(cè)量的基本流程是：電臺(tái)將觀測(cè)值和坐標(biāo)信息發(fā)送給流動(dòng)站接收機(jī)，基準(zhǔn)站再將電臺(tái)獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送給流動(dòng)站接收機(jī)，完成對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的采集工作。在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，得到空間位置。水下地形測(cè)量的主要內(nèi)容是完成對(duì)平面坐標(biāo)和高程的測(cè)量。傳統(tǒng)方式對(duì)水下地形的測(cè)量需要分兩個(gè)步驟，先要借助測(cè)量?jī)x器或者GPS設(shè)備完成對(duì)平面坐標(biāo)的確定，而高程需要通過(guò)測(cè)深數(shù)據(jù)和水面驗(yàn)潮數(shù)據(jù)計(jì)算得出。使用免驗(yàn)潮法GPS技術(shù)對(duì)水下地形進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以通過(guò)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(biāo)。使用這種方式還可以通過(guò)消除潮汐、水位落差的影響提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。其中，進(jìn)行水位觀測(cè)更是整個(gè)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。

3 GPS在水文河道地形測(cè)量中的應(yīng)用

GPS在水文河道地形測(cè)量中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在設(shè)備的選擇、基準(zhǔn)站的布設(shè)以及水位觀測(cè)三個(gè)方面。三者之間相互聯(lián)系，共同發(fā)揮作用，提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(cè)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(dǎo)航。因此數(shù)據(jù)的可靠性對(duì)測(cè)圖比例尺具有較強(qiáng)的依賴性。當(dāng)前，在我國(guó)的地下水型測(cè)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(dǎo)航連續(xù)，從而保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。當(dāng)前差分型的精度等級(jí)可以實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)，但對(duì)于水下測(cè)量范圍較大的情況，這種方式難以滿足測(cè)量要求。此時(shí)選擇實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分RTK模式，可以很好地實(shí)現(xiàn)測(cè)量效果。

3.1.2 測(cè)量?jī)x的選擇

測(cè)量?jī)x器主要指的是測(cè)深儀器聲吶系統(tǒng)。水深測(cè)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)必須依靠測(cè)深儀器聲納系統(tǒng)，由于測(cè)量設(shè)備精度與測(cè)量?jī)x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(cè)量設(shè)備時(shí)，應(yīng)該根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。整個(gè)測(cè)量過(guò)程跟測(cè)量面積沒(méi)有關(guān)系，常用的設(shè)備有單頻測(cè)探儀、雙頻測(cè)探儀以及多波束測(cè)深系統(tǒng)三類。具體選擇設(shè)備時(shí)，應(yīng)該首先對(duì)設(shè)備的完好性和精度進(jìn)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(zhǔn)站的布設(shè)

在常規(guī)的水下地形測(cè)量過(guò)程中，通常會(huì)依靠岸上的比例控制進(jìn)行準(zhǔn)確定位，完成定位后，再進(jìn)行下水測(cè)量。但在實(shí)際進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要工作人員綜合使用全球定位系統(tǒng)，并在準(zhǔn)確的流動(dòng)站完成測(cè)量工作。在測(cè)量過(guò)程中如果出現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)和實(shí)際要求相違背的情況，應(yīng)該第一時(shí)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(shí)間，提高施工效率，減輕人力勞動(dòng)的強(qiáng)度。

3.3 水位觀測(cè)

水位觀測(cè)在整個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)量工作中，具有重要作用，在水文河道進(jìn)行測(cè)量時(shí)有兩種方式：傳統(tǒng)的水位觀測(cè)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(cè)的方法

使用傳統(tǒng)的水位觀測(cè)包括人工觀測(cè)和自動(dòng)觀測(cè)兩種方式。人工觀測(cè)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(shí)難以保證數(shù)據(jù)的精確性。這種方式適用于臨時(shí)的測(cè)量工作，具體包括儀器實(shí)測(cè)和水尺測(cè)量?jī)煞N方式。這種方式自身也存在較大的局限性，對(duì)數(shù)據(jù)的精確性發(fā)展具有不利影響。通?？梢栽诳刂泣c(diǎn)上直接安置全站儀，但應(yīng)該保證與待放線點(diǎn)可通視，并且控制點(diǎn)的距離不能太遠(yuǎn)。然后啟動(dòng)全站儀放樣程序鍵入測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)，照準(zhǔn)后視點(diǎn)，鍵入后視點(diǎn)坐標(biāo)，此時(shí)全站儀可以根據(jù)坐標(biāo)完成方位角的計(jì)算。然后進(jìn)行定點(diǎn)放樣操作，如以后視點(diǎn)為放樣點(diǎn)，鍵入坐標(biāo)之后，照準(zhǔn)后視點(diǎn)，此時(shí)的全站儀顯示屏在各個(gè)方位顯示不移動(dòng)，則證明數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。若提示移動(dòng)，按照指令進(jìn)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(cè)方式中存在的問(wèn)題，相關(guān)研究人員將全球定位系統(tǒng)技術(shù)綜合運(yùn)用到水下地形的檢測(cè)中去，使用這種技術(shù)有效削弱了傳統(tǒng)檢測(cè)方式對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的干擾。使用這種方式只需要將GPS接收機(jī)放在測(cè)量區(qū)域附近就可以完成有效的檢測(cè)工作。利用GPS的RTK方式確定水位的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，適用范圍較大。由于在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，水面起伏較小，比較適合工作不會(huì)變化比較頻繁的測(cè)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(yuǎn)，河岸陡峭，增加了測(cè)量困難，同時(shí)對(duì)工作人員的生命安全也造成一定的威脅。使用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)可以在測(cè)量區(qū)域的安全范圍內(nèi)完成測(cè)量工作，從而最大程度上消除安全隱患。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水文河道地形測(cè)量是我國(guó)水利事業(yè)的重要方面，加快其發(fā)展對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。在水文河道地形測(cè)量中使用GPS技術(shù)，可以有效提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性，這也是當(dāng)前發(fā)展技術(shù)中的首選方式。因此，測(cè)量人員在進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，應(yīng)該通過(guò)對(duì)實(shí)際情況的分析，準(zhǔn)確使用GPS-RTK技術(shù)，高效完成數(shù)據(jù)測(cè)量工作。希望通過(guò)本文論述，為行業(yè)技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)一份力量，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 張緒朋，朱利超.測(cè)繪新技術(shù)在水庫(kù)庫(kù)容測(cè)量中的應(yīng)用[J].山東水利，2017（6）：112.

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

[4] 顧飛艇.數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在水下地形測(cè)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(cè)量探討[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2013（8）：12-14.endprint