GPS在河湖普查中的应用

赵本龙，李明然，曹晓彬

（1.河北省保定水文水资源勘测局，河北保定 071000；2.河北省邯郸水文水资源勘测局，河北邯郸 056000）

GPS在河湖普查中的应用

赵本龙1，李明然1，曹晓彬2

（1.河北省保定水文水资源勘测局，河北保定 071000；2.河北省邯郸水文水资源勘测局，河北邯郸 056000）

GPS（Global Positioning System）全球定位系统是美国研制使用的卫星导航与定位系统，其技术应用已遍及国民经济的各个领域。在测量领域中，GPS已广泛用于大地测量、工程测量以及地形测量等多个方面。本文将以河湖普查中采集水文站、水位站和河源河口地理坐标等为例，概略叙述GPS在河湖普查中的应用。

GPS定位系统；河湖普查；应用

河流的河源、河口位置及地理坐标和水文站、水位站及各测验断面位置，是国家基本地理信息数据。河湖普查［1－3］工作的重要内容之一就是采集水文站、水位站及各测验断面的地理坐标信息，判断和确定河流的河源、河口位置及坐标。保定地区共有16处水文站和6处水位站，水位观测断面和历史洪水断面共44处。本地区内河流在普查标准（流域面积大于50 km2，下同）以上有174条，其中山地河流71条，平原区河流93条，混合型河流10条。河湖普查中填表项目中水文站、水位站及各测验断面的地理位置及坐标是通过外业调查获取的，这些内容是必须进行外业调查。按照国务院第一次水利普查办公室河湖工作组的要求“对本区域内一定数量的（不低于5条）、具备现场查勘条件的、主要的河流进行外业实地查勘工作”。针对保定地区部分河流的河源、河口位置和平原区河流走向内业不能确定或者存在疑问，进行了外业调查。

河湖普查外业调查工作是通过手持GPS完成的，采用南方公司最新的750G2型仪器进行作业。GPS方法确定地理坐标便捷、准确，采集的数据弥补了河湖普查内业水系提取的不足，为河流的河源、河口位置和河流走势的综合评判提供第一手资料。

2 GPS全球定位系统简介［4］

全球定位系统（GPS）是20世纪70年代由研制的空间卫星导航定位系统。这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统，可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。

2.1 GPS的组成

GPS全球定位系统由空间卫星群、地面控制系统和用户设备三部分组成。

（1）空间卫星群。GPS的空间卫星群由24颗高约20万km的GPS卫星群组成，并均匀分布在6个轨道面上，可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4～11颗GPS卫星发送出的信号，并能保持良好定位解算精度的几何图象。

（2）地面控制系统。GPS的地面控制系统由1个主控站、3个地面控制站和5个全球监测站组成。

（3）用户设备部分。用户设备部分即GPS信号接收机，接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。

2.2 GPS的工作原理

根据测量学中距离交会确定点位的方法，GPS定位原理［5］也是利用测距交会的原理确定点位。虽然用于激光测距的卫星是在不停地运动中，但总可以利用固定于地面上三个已知点上的卫星激光测距仪同时测定某一时刻至卫星的空间距离，应用测距交会的原理便可确定该时刻卫星的空间位置。如此，可以确定三个已上卫星的空间位置。如果在第四个地面点（坐标未知）也有一台卫星激光测距仪同时参与测定了该点至三个卫星的空间距离，则利用所测定的三个卫星的空间距离可以交会出该地面点的位置。将无线电信号发射台从地面搬到卫星上，组成一个卫星定位导航系统，应用无线电测距交会的原理，便可由三个以上地面已知点（控制站）交会出卫星的位置，反之利用三个以上卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点（用户接收机）的位置，这便是GPS测量的基本原理

2.3 GPS的技术特点

相对于常规的测量方法来讲，用GPS进行测量有以下特点。

（1）定位精度高。750G2型手持机定位精度达到亚米级。

（2）观测时间短。随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15 km以内时，流动站观测时间只需1～2 min，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。

（3）测站间无须通视。GPS测量不要求测站之间互相通视，只需测站上空开阔即可。

（4）可提供三维坐标。经典大地测量将平面与高程采用不同方法分别施测。GPS可同时精确测定测站点的三维坐标。

（5）操作简便。随着GPS接收机不断改进，自动化程度越来越高，有的已达“傻瓜化”的程度；接收机的体积越来越小，重量越来越轻，极大地减轻测量工作者的工作紧张程度和劳动强度，使野外工作变得轻松愉快。

（6）天候作业。目前GPS观测可在一天24小时内的任何时间进行，不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影响。

3 GPS在河湖普查中的应用

3.1 数据采集

利用750G2手持式GPS进行外业地理坐标数据的采集［6］，其主要工作步骤如下：

（1）开机后启动HandStar，在主菜单里选择工程，二级菜单中选择新建工程，命名工程名称，工程名称一般定义为当天日期和地点；

（2）在配置选项中进行记录设置、GPS设置、实时设置和坐标系统设置等内容，根据实际情况进行符合当地测量的设置；

（3）在状态选项中，当卫星数量达到6颗及以上且最大标准残差小于1时，按下“ENT”键，进行数据采集，此时采集的数据精度较好，能够达到厘米级；

（4）数据采集之后，按照点类要素的类型对数据进行保存；

（5）保存数据完成后，进入下一个作业点进行数据采集。

3.2 数据输出

通过专用的数据线将手簿连接到电脑上，在Windows XP（含）系统以下的电脑需要安装驱动之后才能进行连接，Windows 7（含）系统以上的电脑可以直接连接。找到数据存储的位置，将其复制出来即可。之后对复制出来的数据进行加工处理，数据是以文本格式存储的，里边的内容很多，我们仅选取我们需要的地理坐标等信息即可，其余的可以删除。地理坐标的信息为＊＊.＊＊＊＊＊°的格式，在需要的时候可以将其转换成＊＊°＊＊′＊＊.＊″的格式。

4 应用实例

河湖普查中要求填写水文站和水位站情况普查表与实测和调查最大洪水情况普查表，其中测站地点和历史洪水断面位置的坐标需外业采集获取；还有就是部分河流在河湖普查中内业不能确定，对河流的河源、河口位置和走向有疑义的河流进行外业调查工作。

2011年4～5月份，保定河湖普查工作组利用GPS完成保定水文局所属的16处水文站、6处水位站位置以及各站历史洪水断面共44处的地理坐标采集工作，并搜集各站站房和测验断面的图像资料，对采集的地理坐标数据进行了整理、填报和上报工作。2012年1月初，开始河湖特征清查外业查勘复核工作，对内业无法准确判别的河源、河口、河流走向等进行外业调查，主要涉及拒马河河源、入白洋淀8条河流（白沟引河、萍河、瀑河、漕河、府河、唐河、孝义河与潴龙河）河口以及平原水网区部分河流走向确定等内容。通过河湖普查外业查勘和内业分析，提出了河流河源、河口的位置以及河流走向的界定建议。

5 结语

利用GPS采集的地理坐标数据，为河湖普查普的填表上报工作提供了真实的数据，也对原有水文站、水位站的地理坐标进行了修正，对部分河流河源、河口的地理坐标进行了补充。目前GPS已经开始深入水文工作中，除了水文站、水位站地理坐标的采集，在引据水准点位置标定、抗洪抢险实时监测、河道地形测量、湖泊水下地形测量、流量测验等方面得到了广泛地应用，但如何将此技术应用于水文情报采集、预报、传输将是今后研讨的一个重要课题及方向。

［1］ 中华人民共和国水利部水文司.水文普通测量规范［S］.北京：中国水利电力出版社，1993，12－15.

［2］ 国务院第一次全国水利普查领导小组办公室.水利普查总体方案［S］.北京：中国水利水电出版社，2010：45－48.

［3］ 国务院第一次全国水利普查领导小组办公室.河湖基本情况普查［S］.北京：中国水利水电出版社，2010：120－123.

［4］ 徐绍铨，张华海，杨志强，等.GPS测量原理及应用［M］.武汉：武汉测绘科技大学出版社，2000：4－20.

［5］ 韩艳丽.GPS在水文大断面测量中的应用［J］.中国西部科技，2009（19）：55－56.

［6］ 张文培.GPS及其在水文工作中的应用［J］.安徽水利水电职业技术学院学报，2002（3）：33－34.

Application of GPS in Greneral Survey of Rivers and Lakes

ZHAO Ben－long1，LI Ming－ran1，CAO Xiao－bin2
（1.Baoding Bureau of Hydrology and Water Resources Survey，071000，Baoding，Hebei，China；2.Handan Bureau of Hydrology and Water Resources Survey，056000，Handan，Hebei，China）

GPS（Global Positioning System）is a satellite navigation and positioning system which is developed in USA.The technology has been applied in many fields of national economy.In the field of measurement，GPS has been widely used in many aspects of geodetic survey，engineering survey and topographic survey.Taking the acquisition of the geographical coordinates of hydrological station，gauging station，the source of the river and estuary in the census of rivers and lakes as an example，the paper describes briefly the application of GPS in the general survey of rivers and lakes.

global positioning system；general survey of rivers and lakes；application

郝海森）

TV211

A

1008－3782（2014）01－0051－03

2013－01－10

赵本龙（1980－），男，河北省唐山市人，河北省保定水文水资源勘测局工程师。