GPS技术在水文测量中应用和未来

摘要：本文从GPS在水文测量中的技术优势；GPS在水文测量中的广泛应用；未来发展方向以及GPS在水文测量中需要注意的问题，四个方面进行了论述。证明了GPS在水文测量中发挥着巨大的作用，实现了技术领先与效益的最大化，是水文测量中不可缺少的工具。
关键词：GPS；全球定位系统；水文测量
Abstract: This article is from the advantage of GPS technology in hydrographic survey; widely used GPS hydrographic survey; future development direction and GPS hydrographic survey need to pay attention to the problem, four aspects are discussed. GPS hydrographic survey plays a huge role, to achieve the maximization of technology leadership and effective, it is an indispensable tool in the hydrographic survey.Key words: GPS; global positioning system; hydrographic survey
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一、GPS在水文测量中的技术优势

1.全球定位系统GPS简介及特点

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为全球定位系统。GPS 系统的特点是以其高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、数据质量可靠、应用广泛等特点著称。
2.GPS定位原理GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，检测设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式：
上述四个方程式中待测点坐标x、 y、 z 和Vto为未知参数，其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。△ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。c为GPS信号的传播速度（即光速）。
四个方程式中各个参数意义如下：x、y、z 为待测点坐标的空间直角坐标。xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。Vt i (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。Vto为接收机的钟差。
由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z 和接收机的钟差Vto 。

3.GPS在水文测量中的技术特点

GPS越来越广泛地应用于水文测量及定位控制，它在高程控制方面能较好地解决跨河、跨沟水准难以传递的问题，以及在勘察区控制点较少，或在山区、林区等通视条件较差、观测条件受限的区域进行工程地质勘察时，运用GPS可大大减少作业时间，提高测量精度，具体优点如下：
a水文测站之间无需通视
测站间相互通视一直是测量学的难题。ＧＰＳ这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收ＧＰＳ卫星信号不受干扰。
b定位精度高
一般双频ＧＰＳ接收机基线解精度为５ｍｍ＋１ｐｐｍ，而红外仪标称精度为５ｍｍ＋５ｐｐｍ，ＧＰＳ测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，ＧＰＳ测量优越性愈加突出。大量

摘自：学报论文格式www.udooo.com

实验证明，在小于５０ｋｍ的基线上，其相对定位精度可达１２×１０，而在１００～５００ｋｍ的基线上可达１０～１０。观测时间短，一般情况下，开机锁定卫星最长不超过20分钟左右，可采用快速静态定位方法，观测时间短，动态导航定位精度也较高。
c.提供三维坐标
ＧＰＳ测量在精确测定观测站平面位置的同时，也可以精确测定观测站的大地高程。近年来， GPS-RTK技术广泛运用与公路、管网等规划设计测量中。
d.操作简便
ＧＰＳ测量的自动化程度很高。目前ＧＰＳ接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。
e全天候作业
ＧＰＳ观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。

二、GPS技术在水文测量中的应用

1、ＧＰＳ定位技术在水文测验中的应用，为全国水文系统实行站队结合提供了有力保障。使得水文巡测工作的开展得以顺利实施，极大的解放和发展了生产力。过去的人海战术，变成了今天的精兵高效。
2、流量测验中的应用对于水文巡测断面的测量，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，靠测船在测量断面上来回游动。由于视距太长，标志背景复杂，定位准确性难以把握。采用GPS定位技术，结合Ｈｙｐａｃｋ导航软件，使得测船更加准确的抛锚定位，保证了测量精度，提高了工作效率。对于重点河流汛期夜间水文测验，是传统定位方法无以伦比的，充分解决了潮汐测量中定位的难题。

3、在抗洪抢险实时监测、对险工险段监测、适时进行大比例尺水下地形图施测

由于作业效率低，成图时间长，采用常规方法根本无法进行实时监测。应用ＧＰＳ水道测量系统采集数据，利用先进的Ｈｙｐａｃｋ软件可以实行现场成图，并及时进行对比分析，提出险工险段监测报告，对河床局部冲淤变化、冲刷坑的部位和高程、深泓线变化、岸堤变化等进行定量分析，提供险工险段的险情，并向防汛指挥部门建议采取相应的对策，如抛石护岸、修筑子堤等为防汛抢险提供了重要依据。
4、江河水道地形测量对于江河中下游干流（包括部分重要河流）冲积性河道，一般５年施测一次１：10000水下地形，特大洪、枯水年适当增加测次。
对于重点江段，应用常规方法进行一次长程水道地形测量，从外业测量到内业成图需要2～3年的时间，但是应用静态ＧＰＳ施测两岸控制，实时差分水道测量系统施测水下部分，仅需要半年时间，大大缩短了成图周期，提高了水道地形图的时效性。
5、湖泊水下地形测量一些水系复杂的湖区利用ＧＰＳ水道测量系统进行操作，最多１年时间就会完成全部的内外业工作，并提交出一套完整的湖区水道地形图，为湖区规划治理提供出依据。2012年的青海湖测量，GPS技术就发挥了巨大作用。
6、大型水利工程的测量据资料显示，在举世瞩目的三峡工程建设中，特别是在大江截流期间，ＧＰＳ广泛用于控制测量、水下地形测量、固定断面监测以及水文测验中。GPS技术的运用，在全国水利普查工作发挥了重要作用。

三、GPS技术在水文测量中的发展方向

经过我国科技工作者的不懈努力， 2012年9月19日，中国第2次采用“一箭双星”方式发射北斗导航卫星，将第14和第15颗北斗导航卫星成功发射升空并送入预定转移轨道。此次北斗导航卫星的成功发射，标志着中国北斗卫星导航系统快速组网技术已日臻成熟。可以预见不久的将来，水文测量也会采用我们自己的导航定位系统，更好地为国民经济建设和水利水电的开发利用怎么写作。同时也为GPS技术在水文测量中的运用，提供了发展空间。随着GPS技术的不断发展，也为水文测验现代提供坚实的技术保障，主要表现在：