發(fā)布時間：2013-04-13所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 文章結(jié)合GPS 在水文測量中的應(yīng)用, 探討在儀器設(shè)備先進(jìn)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(tài)觀測和流量測量定位的新方法, 總結(jié)GPS 在水文測量中值得注意的幾個問題。
摘要：文章結(jié)合GPS 在水文測量中的應(yīng)用, 探討在儀器設(shè)備先進(jìn)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(tài)觀測和流量測量定位的新方法, 總結(jié)GPS 在水文測量中值得注意的幾個問題。
關(guān)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(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）01-0020-02
一般地, 進(jìn)行水文測量的內(nèi)容是相當(dāng)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(zhì)和河床質(zhì)取樣分析等。同時根據(jù)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(nèi)容不僅要求同步性, 而且測量工作水位也有嚴(yán)格要求。為此, 水文測量成果更注重真實、準(zhǔn)確、及時。
1.什么是GPS
GPS（Global Positioning System）又稱全球定位系統(tǒng)，是美國從20世紀(jì)70年代開始研制，于上世紀(jì)九十年代建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。經(jīng)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(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導(dǎo)航和管制、地殼運動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學(xué)等多種學(xué)科。
GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。在需要的位置P點架設(shè)GPS接收機(jī)，在某一時刻ti同時接收了3顆(A、B、C)以上的GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，通過一系列數(shù)據(jù)處理和計算可求得該時刻GPS接收機(jī)至GPS衛(wèi)星的距離SAP、SBP、SCP，同樣通過接收衛(wèi)星星歷可獲得該時刻這些衛(wèi)星在空間的位置(三維坐標(biāo))。在GPS測量中通常采用兩類坐標(biāo)系統(tǒng)，一類是在空間固定的坐標(biāo)系統(tǒng)，另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)，稱地固坐標(biāo)系統(tǒng)，（如：WGS-84世界大地坐標(biāo)系和1980年西安大地坐標(biāo)系。）在實際使用中需要根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的變換，來求出所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)。這樣更有利于表達(dá)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(yīng)用。
2.應(yīng)用GPS 應(yīng)注意的問題
2.1 GPS 基準(zhǔn)站設(shè)置與常規(guī)光電儀器設(shè)站區(qū)別較大, 為了防止設(shè)站錯誤, 在每次設(shè)站后開始測量時, 均應(yīng)先到其他已知點上進(jìn)行測試比對, 確認(rèn)無誤后方可進(jìn)行后續(xù)工作。
2.2 根據(jù)差分GPS 的工作原理, 為了保證測量的精度和差分?jǐn)?shù)據(jù)鏈的正常傳播, 特別是采用RTK- GPS 進(jìn)行地形測量時, 需要嚴(yán)格控制基準(zhǔn)站與移動站之間的距離。
2.3 GPS 是通過接收GPS 衛(wèi)星信號來實現(xiàn)測量點位定位的, 其定位的實現(xiàn)和測量精度主要依賴于衛(wèi)星的狀況, 在衛(wèi)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(jìn)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(shù)據(jù)采集時應(yīng)密切注意衛(wèi)星的狀況, 發(fā)現(xiàn)所接收使用的衛(wèi)星數(shù)目( 主要為共同采用數(shù)目) 過少或出現(xiàn)浮點解時應(yīng)作特別記錄或延長測量時間。
2.4 所有測量數(shù)據(jù), 特別是水下地形測量數(shù)據(jù)均是自動采集并以電子文件形式記錄在計算機(jī)或儀器內(nèi)存里, 為防止數(shù)據(jù)丟失, 應(yīng)及時進(jìn)行數(shù)據(jù)備份和匯總工作, 或拷貝提供內(nèi)業(yè)后處理和編輯成圖使用。
2.5 在水文測量中, 不同的測量內(nèi)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(yīng)從各方面綜合考慮,采用價值工程的原理進(jìn)行分析, 盡可能地提高GPS測量的經(jīng)濟(jì)性和適用性。如在利用DGPS( 或RT K- GPS) 定位系統(tǒng)進(jìn)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(tài)復(fù)雜河段容易發(fā)生因跟蹤不上浮標(biāo)而產(chǎn)生較大的測量誤差。
3 .GPS測量的技術(shù)特點
相對于常規(guī)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(xué)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(wèi)星信號不受干擾。②定位精度高。一般雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標(biāo)稱精度為5mm+5ppm，GPS測量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長，GPS測量優(yōu)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(dá)12×10 ，而在100～500km的基線上可達(dá)10 ～10 。③觀測時間短。觀測時間短采用快速靜態(tài)定位方法，觀測時間短。例如使用Timble5700GPS接收機(jī)的RTK法可在1s以內(nèi)求得測點坐標(biāo)。④提供三維坐標(biāo)。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(jī)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(jìn)行自動觀測，利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即求得測點三維坐標(biāo)。而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。⑥全天候作業(yè)。GPS觀測可在任何地點，任何時間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣狀況的影響。
4 .流態(tài)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(guān)聯(lián)的, 要獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù), 各項測量內(nèi)容需要同步進(jìn)行, 同時, 根據(jù)研究的需要, 水文測量的工作水位要求相當(dāng)嚴(yán)格。這次任務(wù)也不例外, 瞬時比降觀測、流速、流態(tài)觀測、流量測量、含沙量觀測及河床質(zhì)取樣均要在同一天內(nèi)完成。過去, 為了解決該問題, 均采取/ 人海戰(zhàn)術(shù)0,以人員來彌補儀器、方法和工藝等技術(shù)的不足。而在這次測量中, 我們根據(jù)實際情況, 經(jīng)過有關(guān)的專業(yè)理論分析, 大膽拋棄某些傳統(tǒng)的方法, 巧妙地對它進(jìn)行改進(jìn), 不僅提高了測量的質(zhì)量, 而且取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。
4.1 對于流速、流態(tài)觀測, 傳統(tǒng)的方法一般采用經(jīng)緯儀( 或平板儀) 交會法進(jìn)行, 該方法精度不高, 可行性條件苛刻, 勞動強(qiáng)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(tǒng)進(jìn)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(shù)人員操作GPS 移動臺采集器( 或設(shè)定取點時間間隔, 由計算機(jī)自動采集數(shù)據(jù)) , 一人持GPS 接收天線跟蹤水面浮標(biāo), 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(qiáng)度。同時, 為了保證全段測量的連續(xù)性, 我們將基準(zhǔn)站布設(shè)在測區(qū)中部( 航道站樓頂上) , 并將發(fā)射天線盡可能地放置于高處, 這樣不必遷移基準(zhǔn)站,也能保證每條流線從灘頭至灘尾跟蹤定位觀測都有效。
4.2 流量測量、含沙量觀測及河床質(zhì)取樣的關(guān)鍵工作是測船的導(dǎo)航定位, 以便準(zhǔn)確按設(shè)計位置進(jìn)行取樣測量。如果按照傳統(tǒng)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(nèi)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(dǎo)航定位功能,便迅速地指揮測量船到達(dá)測量定位點上。該定位方法測量船舶的導(dǎo)航、放樣等一系列指揮工作均在船上進(jìn)行, 簡化了許多作業(yè)程序, 作業(yè)人員間配合便顯得默契, 作業(yè)就比較協(xié)調(diào)、有效。經(jīng)實際測算, 比常規(guī)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(zhǔn)確, 提高了測量精度。
5 .結(jié)論
實踐證明, 利用GPS 進(jìn)行水下地形測量和各種水文測量的導(dǎo)航與定位, 不僅操作簡便、效率高, 而且精度比其他常規(guī)儀器和方法有較大的提高, 完全實現(xiàn)了外業(yè)數(shù)據(jù)采集的自動化和數(shù)字化。同時, 根據(jù)水文測量不同內(nèi)容的精度要求, 運用價值工程的原理進(jìn)行綜合分析, 盡可能地提高GPS 在水文測量中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性和適用性是今后值得探討的問題
參加文獻(xiàn)：
[1]徐安雄 周剛炎《測量新技術(shù)在水文工作中的應(yīng)用》
[2] 何習(xí)平.GPS高差測量精度探討[J].水電自動化與大壩監(jiān)測,2002,26(6):29～32.
[3] 張高興.GPS水準(zhǔn)法測量高程的精度研究[J].龍巖學(xué)院學(xué)報,2006，24(3):36～37.
