摘要：文章結合GPS 在水文測量中的應用, 探討在儀器設備先進的情況下, 如何更有效地提高水下地形測量的精度和工作效率, 介紹流態觀測和流量測量定位的新方法, 總結GPS 在水文測量中值得注意的幾個問題。

　　關鍵詞：GPS測量;新方法;問題;

　　Abstract: This paper combine with the GPS application in the hydrographic survey, to explore in the case of state-of-the-art equipment, how to more effectively improve the measurement accuracy and efficiency of the underwater terrain, and on the flow pattern observation and the new method of flow measurement positioning, summed up the GPS several issues worthy of note in hydrographic surveying.

　　Key words: GPS measurements; new method; problem

　　中圖分類號：P332 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104(2012)01-0020-02

　　一般地, 進行水文測量的內容是相當多的, 主要包括: 水下地形測量( 含礁石等礙航障礙物等) 、水位觀測、流向、流速、流量觀測、河道斷面測量、以及懸移質和河床質取樣分析等。同時根據河工模型試驗的具體要求, 為獲得真實有效的研究資料, 水文測量的各項內容不僅要求同步性, 而且測量工作水位也有嚴格要求。為此, 水文測量成果更注重真實、準確、及時。

　　1.什么是GPS

　　GPS(Global Positioning System)又稱全球定位系統，是美國從20世紀70年代開始研制，于上世紀九十年代建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。經過近10年在我國多部門的使用表明，GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，贏得廣大科技工作者的信賴，并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監測、工程變形監測、資源勘察、地球動力學等多種學科。

　　GPS系統是一種采用距離交會法的衛星導航定位系統。在需要的位置P點架設GPS接收機，在某一時刻ti同時接收了3顆(A、B、C)以上的GPS衛星所發出的導航電文，通過一系列數據處理和計算可求得該時刻GPS接收機至GPS衛星的距離SAP、SBP、SCP，同樣通過接收衛星星歷可獲得該時刻這些衛星在空間的位置(三維坐標)。在GPS測量中通常采用兩類坐標系統，一類是在空間固定的坐標系統，另一類是與地球體相固聯的坐標系統，稱地固坐標系統，(如：WGS-84世界大地坐標系和1980年西安大地坐標系。)在實際使用中需要根據坐標系統間的轉換參數進行坐標系統的變換，來求出所使用的坐標系統的坐標。這樣更有利于表達地面控制點的位置和處理GPS觀測成果，因此在測量中被得到了廣泛的應用。

　　2 .GPS測量的技術特點

　　相對于常規的測量方法來講，GPS測量有以下特點：①測站之間無需通視。測站間相互通視一直是測量學的難題。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛星信號不受干擾。②定位精度高。一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標稱精度為5mm+5ppm，GPS測量精度與紅外儀相當，但隨著距離的增長，GPS測量優越性愈加突出。大量實驗證明，在小于50km的基線上，其相對定位精度可達12×10 ，而在100～500km的基線上可達10 ～10 。③觀測時間短。觀測時間短采用快速靜態定位方法，觀測時間短。例如使用Timble5700GPS接收機的RTK法可在1s以內求得測點坐標。④提供三維坐標。GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。⑤操作簡便。GPS測量的自動化程度很高。目前GPS接收機已趨小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高打開電源即可進行自動觀測，利用數據處理軟件對數據進行處理即求得測點三維坐標。而其它觀測工作如衛星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。⑥全天候作業。GPS觀測可在任何地點，任何時間連續地進行，一般不受天氣狀況的影響。

　　3 .流態觀測和流量測量定位的新方法

　　水文因素互相之間是密切關聯的, 要獲得準確的數據, 各項測量內容需要同步進行, 同時, 根據研究的需要, 水文測量的工作水位要求相當嚴格。這次任務也不例外, 瞬時比降觀測、流速、流態觀測、流量測量、含沙量觀測及河床質取樣均要在同一天內完成。過去, 為了解決該問題, 均采取/ 人海戰術0,以人員來彌補儀器、方法和工藝等技術的不足。而在這次測量中, 我們根據實際情況, 經過有關的專業理論分析, 大膽拋棄某些傳統的方法, 巧妙地對它進行改進, 不僅提高了測量的質量, 而且取得了很好的經濟效益。

　　3.1 對于流速、流態觀測, 傳統的方法一般采用經緯儀( 或平板儀) 交會法進行, 該方法精度不高, 可行性條件苛刻, 勞動強度大, 常受人為因素影響。而在這次測量中, 我們利用DGPS( 或RT K- GPS) 定位系統進行流向測量點跟蹤定位。該方法只需要一個板艇3 個人即可操作, 即一個測量技術人員操作GPS 移動臺采集器( 或設定取點時間間隔, 由計算機自動采集數據) , 一人持GPS 接收天線跟蹤水面浮標, 一人劃艇。該方法不但操作靈活, 工作簡便,而且大大減少了所需測量人員, 提高定位精度, 減輕勞動強度。同時, 為了保證全段測量的連續性, 我們將基準站布設在測區中部( 航道站樓頂上) , 并將發射天線盡可能地放置于高處, 這樣不必遷移基準站,也能保證每條流線從灘頭至灘尾跟蹤定位觀測都有

　　效。

　　3.2 流量測量、含沙量觀測及河床質取樣的關鍵工作是測船的導航定位, 以便準確按設計位置進行取樣測量。如果按照傳統方法, 一個點的位置放樣需要岸上和船上多人配合, 在短時間內完成是根本不可能的, 特別在大洪水觀測階段, 不僅需要測量的斷面和垂線增多, 而且水流湍急、紊亂, 定點的難度更加明顯。為此, 我們利用GPS 的導航定位功能,便迅速地指揮測量船到達測量定位點上。該定位方法測量船舶的導航、放樣等一系列指揮工作均在船上進行, 簡化了許多作業程序, 作業人員間配合便顯得默契, 作業就比較協調、有效。經實際測算, 比常規使用全站儀工作效率提高40% ~ 80% , 而且保證了測量定位點的位置準確, 提高了測量精度。

　　4.應用GPS 應注意的問題

　　4.1 GPS 基準站設置與常規光電儀器設站區別較大, 為了防止設站錯誤, 在每次設站后開始測量時, 均應先到其他已知點上進行測試比對, 確認無誤后方可進行后續工作。

　　4.2 根據差分GPS 的工作原理, 為了保證測量的精度和差分數據鏈的正常傳播, 特別是采用RTK- GPS 進行地形測量時, 需要嚴格控制基準站與移動站之間的距離。

　　4.3 GPS 是通過接收GPS 衛星信號來實現測量點位定位的, 其定位的實現和測量精度主要依賴于衛星的狀況, 在衛星狀況不良時段, 定位的誤差會突然增大甚至GPS 信號失鎖無法進行定位。鑒于所測量的每一碎部點均為相對獨立的, 測量人員在數據采集時應密切注意衛星的狀況, 發現所接收使用的衛星數目( 主要為共同采用數目) 過少或出現浮點解時應作特別記錄或延長測量時間。

　　4.4 所有測量數據, 特別是水下地形測量數據均是自動采集并以電子文件形式記錄在計算機或儀器內存里, 為防止數據丟失, 應及時進行數據備份和匯總工作, 或拷貝提供內業后處理和編輯成圖使用。

　　4.5 在水文測量中, 不同的測量內容對精度的要求也不同, 由于GPS 的價格相對來說還比較高, 為此在滿足測量精度的前提下, 應從各方面綜合考慮,采用價值工程的原理進行分析, 盡可能地提高GPS測量的經濟性和適用性。如在利用DGPS( 或RT K- GPS) 定位系統進行流向測量點定位時, 還要考慮到在小板艇上安置如此昂貴的儀器, 有欠安全; 同時在流態復雜河段容易發生因跟蹤不上浮標而產生較大的測量誤差。

　　5 .結論

　　實踐證明, 利用GPS 進行水下地形測量和各種水文測量的導航與定位, 不僅操作簡便、效率高, 而且精度比其他常規儀器和方法有較大的提高, 完全實現了外業數據采集的自動化和數字化。同時, 根據水文測量不同內容的精度要求, 運用價值工程的原理進行綜合分析, 盡可能地提高GPS 在水文測量中應用的經濟性和適用性是今后值得探討的問題

　　參加文獻：

　　[1]徐安雄 周剛炎《測量新技術在水文工作中的應用》

　　[2] 何習平.GPS高差測量精度探討[J].水電自動化與大壩監測,2002,26(6):29～32.

　　[3] 張高興.GPS水準法測量高程的精度研究[J].龍巖學院學報,2006，24(3):36～37.