GPS技术在水文水资源监测中的应用

郭树贤 闫海波

（新乡水文水资源勘测局，河南新乡 453600）

GPS技术在水文水资源监测中的应用

郭树贤 闫海波

（新乡水文水资源勘测局，河南新乡 453600）

GPS技术由于自身众多优点被广泛应用到各个领域，尤其是在水文水资源监测工作中发挥着重要作用。基于此，简要介绍GPS技术、RTK技术的应用原理及特点，详细阐述与展望GPS技术在水文水资源监测中的应用。

GPS技术；RTK技术；水文监测

1 GPS技术

GPS（Global Positioning System），意为全球定位系统，可以同时对海陆空进行全方位的导航和定位，实施三维导航能力和定位能力，具有自动化、高精度、高效益及全天候等优点，在工程测量、地表测量、资源勘探及水资源监测等方面发挥着重要应用［1］。GPS技术与RTK软件定位系统相配合，可以对水库、河道及湖泊等进行实时定位和监测，并自动绘制成图，通过图纸分析可以进行各种险情预测，对存在的问题可以作出精准判断并上报，为有关负责人作出决策提供依据。

GPS技术对水文水资源的监测，一是具有方便灵活的特点，对水位进行监测时可以移动到任何位置，不管在任何状态下都能进行。二是具有全自动化的特点，可以实现对水文数据的自动收集、输出和接收等，在初步分析环节可以不用设置参数。三是具有智能化的特点，在实际操作应用中，比如发布指令、参数设置等在野外可以不进行执行，直接利用计算机就可以实现。四是数据能达到高精准的特点，通过GPS技术、RTK技术及滤波技术等保证水位数据的测量质量，确保可以提取到高质量的水位数据。

2 RTK技术

RTK（Real Time Kinematic），意为相应动态差分法，可以测量控制点的三维坐标。目前是一种新的GPS测量方式。传统的测量方式比如静态、动态测量，需要通过繁琐的测量程序最后才能得到数据信息。然而，TRK技术在实际使用中可以实现自动定位，通过动态差分法就可以直接得到精准数据信息。其使用为工程测量、地形测图及其他各种测量都带来了巨大方便，也大大提高了工作效率。

RTK技术在实际应用中能够带来很大方便，但也存在一些不足。一些专家指出，应将RTK技术与网络有效结合，通过利用信息网络来弥补GPS技术对水文水资源监测的不足，以真正实现全面覆盖。比如，设置一个虚拟网路对某一地区的水文水资源进行实时监测，然后通过检测进行正确的计算。

3 GPS技术在水文水资源监测中的应用

3.1 对水位数据进行自动采集和实时传输

3.1.1 局部转换模型建立得更加完善和精密。通过高程转换模型可以进一步实现地表高程向国家“85”高程的转换，也就是说GPS实测的是大地高程，而水文资源测量采用的是国家“85”高程。

3.1.2 实现对水位的实时监测和提取。如果采用国家“85”高程测量水位，利用软件进行编制，对RTK数据进行实时提取，同时可以利用高程转换模型进行转换。

3.1.3 研制滤波算法。在实际的应用中，为了避免受到观测误差的影响，确保水位数据监测准确，需要对滤波模型进行研制，在模型研制完成后编制相应的软件并输入到手掌机（PDA）中。

3.1.4 进行有效的系统合成。将收集的水位数据通过通讯模式发送到监控中心，使野外观测单元子系统进行有效合成，即手机系统与PDA系统相结合，以此来实现整个系统。在这个基础上可以将水位数据进行编码然后向手机发送。

3.1.5 监控单元。数据输出以后需要通过控制单位来实现数据的接收，通过编制程序来解除加密的编码，然后对接收的数据进行管理。

3.1.6 智能监控系统的建立。水位数据在自动收集以后通过职能化、网络化来实现数据的实时传送，野外监测的工作状态包括数据传输的内容、模式、频率、开关机操作及采样间隔等都可以通过软件编写来实现，真正体现出野外测量单元的智能化监控模式。

3.2 实现洪水调度

我国是自然灾害较多的国家，其造成的经济损失也是非常严重的，国家和政府对这一方面非常重视，研究和制定各种自然灾害的应对措施。比如，在防汛减灾工程措施中，很多流域建设防洪决策支持系统，通过GPS技术对水资源进行调度、洪水预警、减灾措施分析、洪灾损失评估及水利工程效益分析等，为灾民转移路线及救灾物资运输路线提供决策依据。目前，我国已建立多个防汛减灾系统，比如防汛指挥系统、防洪智能应急预警系统、防洪规划信息管理系统、防汛信息查询系统和洪水风险评估系统等。

GPS系统可以对水位的变化进行实时监测，同时可以快速地将不同位置的水位数据传输给领导层，水位数据信息可以通过计算机绘制成水位曲线，在计算机界面可以进行动态显示，比如蓄洪区的水位情况、洪水推进情况、人员转移情况以及可能造成的经济损失等。这些信息都可以及时传送给领导层，领导层可以随时掌握水情的变化，为领导层制定防洪计划、传达防洪指令提供可靠依据。

3.3 实现流量测验

在独流减河断面巡测的过程中，不仅要考虑潮位对巡测工作的影响，而且要考虑到对高洪期水面宽度的影响。常规的巡测方法由于受到障碍物多、视距长及标志背景复杂等因素的影响，使原来设定的断面标无法通视，无法保证测量数据的准确性。因此，采用GPS技术就可以完全消除这些顾虑，确保水文巡测工作顺利开展。另外，GPS技术在实际的应用中，与雨水情信息数据库相结合，可以在电子地图上实现水情时时报警，可以对水库水位、河道水位、雨量情况及遥感观测站运行故障等时时报警。如果某一水库超过防汛限定水位时，系统界面就会自动弹出相应窗口，并发出警报信息。

3.4 对水质进行监测

GPS技术在水库水质监测的应用中，可以进行采样定位、信息收集，然后对这些信息进行合理化分析，最后得出水质的监测结果，同时也可以通过不同形式的图形来表示，依据图形进一步总结水质污染规律。

4 GPS在水文水资源监测中的应用展望

最近几年随着社会的发展，我国先后建立了多个蓄水洪区，在一定程度上缓解了防洪资源利用不合理的现象。传统的监测方式不能准确地体现出洪区水资源情况，对水文情况的监测范围也有很大限制，影响监测质量。但是，利用GPS技术就可以很好地将水资源信息进行收集和整合、分类并加以应用。加之RTK技术可以进行远距离监测，对土壤、地貌及地下水情况进行准确采集和测量，进一步完善蓄水洪区的信息监测系统，为相关部门提供科学、可靠的信息依据。

因此，GPS技术在今后应用中要重视以下几个方面：①进一步体现出这种技术的可扩展性，建立完善的水文监测系统；②对各种水文数据进行深入研究和分析，完善数据分析模型，以提供精准的计算结果，从而提高工作效率和质量；③与其他技术充分结合，GPS技术可与GIS、RS、IT技术深入结合，进一步体现其自身的开放性和可开展性；④对GPS系统进一步完善数据管理功能，如安全、高效及分布管理等功能，保证系统基础的稳定能力；⑤充分利用网络资源，实现资源共享，提供综合信息的网络化服务，提供成熟的技术平台，以确保GPS系统可以长期稳定运行。

5 结语

监测技术的发展在很大程度上推动着我国水文水资源监测技术的进步。在今后的发展道路中，要不断吸收和引进国外先进技术及管理水平，结合我国监测技术的实际情况，从多角度、多方面来提升我国的水文监测技术，进一步提升水文水资源数据信息的准确性和可靠性。

［1］孙修程.GPS RTK技术在水利工程控制测量中的精度分析［J］.商品与质量·建筑与发展，2014（5）：118-119.

Application of GPS Technology in Hydrology and Water Resources Monitoring

Guo ShuxianYan Haibo
（Xinxiang Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Xinxiang Henan 453600）

GPS technology has been widely used in various fields because of its own advantages,especially plays an important role in the hydrology and water resources monitoring work.Based on this,the application principle and characteristics of GPS technology and RTK technology were introduced briefly,the application of GPS technology in hydrology and water resources monitoring were elaborated and application prospect.

RTK technology；GPS technology；hydrological monitoring

P228.4；P332

A

1003-5168（2016）11-0029-02

2016-10-20

郭树贤（1985-），男，本科，助理工程师，研究方向：水文水资源。