GPS技术在水文水资源监测方面应用

GPS技术在水文水资源监测方面的应用摘要：随着全球卫星定位系统（gps）的发展，特别是网络rtk 技术的发展，将gps技术的应用领域迅速扩大，本文讨论的是网络rtk技术在水文水资源监测领域的应用，对提高水文水资源监测方面发挥了重要的作用，大大提高了应急反应能力，为领导决策提供科学的依据。

关键词：水文水资源 gps监测应用

1、概论

gps具有全球性、连续性和全天候的特点，是一种快速、高精度的测量技术。gps静态定位可达毫米级精度，实时动态定位（rtk –real time kinematic）测量一般可达厘米级精度，配合先进的测深系统和导航测量软件，可以实时监测，现场成图。在河道、湖泊、水库的水下地形测量中大大缩短了成图周期，提高了水下地形图的质量和时效性。对堤防险工险段、水库大坝、滑坡泥石流的监测显示了其高新技术的优越性，可实时监测险情，为防汛指挥部门提供决策依据。

rtk技术在应用中遇到的最大问题就是参考站校正数据的有效

作用距离。为了克服传统rtk技术的缺陷，在20世纪90年代中期，人们提出了网络rtk技术。

在网络rtk技术中，线性衰减的单点gps误差模型被区域型的gps网络误差模型所取代，即用多个参考站组成的gps网络来估计一个地区的gps误差模型，并为网络覆盖地区的用户提供校正数据。

而用户收到的也不是某个实际参考站的观测数据，而是一个虚拟参考站的数据，和距离自己位置较近的某个参考网格的校正数据，因此网络rtk技术又被称为虚拟参考站技术(virtualreference)。

2、目前网络rtk系统具备主要功能

2.1采用vrs作为系统实时定位技术，提供实时定位差分数据服务。

2.2采用gprs或gsm数据通信方式提供实时数据访问，通过internet实现事后精密定位的数据服务。

2.3永久性的基准站网络系统，可升级为国家级gps跟踪站、国家地壳形变监测站。

2.4服务范围：导航陆上和海上导航，地理信息采集、更新、定位；测绘，地籍，规划，工程建设，变形监测，地壳形变监测等。

3、gps技术在水文水资源监测方面的应用

3.1、gps水位数据自动采集及实时传输系统

水位反映了实际水面的涨落，以及与防洪水位警戒线的关系，对于防洪抗涝具有非常重要的意义。

3.1.1系统的研制

（1）局部精密高程转换模型的建立

gps实测的是大地高程，而水位测量中通常采用的是国家“85”高程，这就需要通过建立高程转换模型，实现大地高程向国家“85”高程的转换。

（2）实时水位的提取

在手掌机（pda）上编制软件，实时提取rtk高程数据，并利用已经建立的高程转换模型，获取以国家“85”高程表达的水位。

（3）渐进式水位数据的滤波算法研究

为确保水位数据的精度，研制一定的滤波模型，对短时间内水位数据进行渐进式滤波处理，以消除观测误差的影响。

研制模型，编制软件并镶入pda中，确保水位数据的正确无误。

（4）野外观测单元子系统的合成

pda收集到了水位数据以后，需要将数据发送到监控中心。数据发送可以采用手机中的gprs通讯模式实现（也可采用网络或别的传输系统）。要实现整个系统，首先需要将pda系统与手机系统实现合成，在此基础上，将水位数据进行编码并向手机中输送。

（5）监控单元

数据发送出去后，在监控单元需要实现数据的接收。数据的接收由接收单元（手机/手机模块/固定电话）以及数据管理单元（中央计算机）组成。编制程序对加密的编码进行解密处理，并对水位数据进行管理。

（6）智能监控系统的建立

水位数据的自动采集以及实时传送实现智能化。通过编写软件，实现监控中心对野外观测单元的工作状态监测和管理（gps开关机操纵、采样间隔设置、以及数据传输内容、频率和模式选择）、数据质量管理（设置选择不同的滤波参数或模型）。真正实现对野外测量单元的智能监控。

3.1.2该系统具有如下特色：

（1）方便灵活。

可方便地移动到任何位置、在任何状态下进行水位测量。

（2）全自动化。

无须进行任何参数设置，实现水位数据的自动提取、发送、接收、数据的管理和初步分析。

（3）智能化。

参数设置，指令发布、执行等整个操作在监控中心通过计算机实现，无需到野外执行。

（4）高质量的水位数据。

网络rtk技术、gps接收机以及滤波技术，确保了对水位数据的质量控制。

3.1.3洪水调度

借助该系统可以实现实时监测水位的变化，并将各个位置的水位数据传输到领导决策层的办公室，计算机中的信息系统将根据实施监控的水位，绘制水位曲线，并动态的显示实际的洪水推进、蓄洪区淹没，并给出可能涉及的迁移人口、需要转移得可能位置和可能造成的经济损失等信息。

领导决策层根据这些信息，在办公室中对水情就会又一个全面的掌握，并能够准确的下达防洪决策指令。

3.2 gps技术在水文水资源监测其他方面的应用

3.2.1流量测验中的应用

独流减河河口水文巡测断面，高洪期水面宽,同时要考虑潮位的影响，过去采用常规测验定位方法——基线辐射杆六分仪夹角定位法，靠测船在抢测。由于视距长，障碍物多，标志背景复杂，原来设置的断面标已无法通视。为了保证水文巡测工作不中断，我单位利用gps施测独流减河断面，收集高洪期水文资料。从测验的情况看，gps系统运行正常，解决了水文巡测中断面测验定位难的问题。

3.2.2水质监测方面的应用

在对于桥水库的水质监测的过程中，利用gps在监测船上确定采样点准确的位置信息，经过水质化验分析后的结果，分类对水库各类水质监测结果绘制等值线图，直观的反映了各类物质对水库水质污染的规律，为科学的治理提供了重要的依据。

4、gps应用展望

例如蓄滞洪区的测量及调查。蓄滞洪区是为了防洪减灾，雨洪资源化而建立的蓄水区域，准确的掌握蓄滞洪区的各种信息要素，对防洪减灾、雨洪资源化利用意义非常重大。利用传统的测量方式，准确的掌握蓄滞洪区的各种信息，难度非常大，而且时效性比较差。利用网络rtk测量技术，克服了常规rtk技术测量范围的限制，可以在网络rtk基站控制的范围内作业，高效地完成包括地貌、土壤、人口、经济、水利工程、管线等各类信息的采集，利用专业的处理软件，形成完善的蓄滞洪区信息系统的建立，为相关部门的决策提供科学的依据。在地下水应用方面，可以实时采集地下水监测井的井口和附近地面的高程，结合观测的地下水埋深，计算出地下水的