GPS在水文河道地形测量中的应用

孙明龙

摘 要：近年来，我国水利行业取得快速发展。这也得益于GPS在水文河道地形测量中的应用。相对于传统的水文河道地形测量方式，GPS技术在测量中表现出一定的优势。基于此，本文将对GPS在水文河道地形的测量原理做出一定的介绍，重点对GPS在水文河道地形测量中的应用进行研究。

关键词：GPS 水文河道 地形测量 应用

中图分类号：TV221.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0142-02

1 水文河道地形測量现状

对于水下地形测量技术，近年来我国的研究发展已经取得一定的进步。并且不断将新的研究成果应用到实际水利工程中，获得越来越多的经济效益。水利行业在发展过程中应该根据实际情况不断提高水下地形测量技术。在进行水下地形测量时，应该选择合适的设备仪器。当前，光学定位功法、地面无线电定位技术配合测深仪法以及采用测量机器人和双频数字测深仪法等方法是常用的几种方式。随着技术的不断成熟，当前在对水下地形进行测量时已经开始使用全球定位系统来确定测量坐标，完成对数据的获取。

2 GPS-RTK技术在水下地形测量中的应用原理

在传统方式中，水下地形的测绘大多采用测深杆、测深锤、经纬仪、回声测深仪和机载激光测深等手段，根据河床断面的走向完成测量工作。使用测探杆、测深锤加上平面定位仪器可以有效完成对河床断面较窄、汇水面积不大、水流速度较慢、深度较浅的水域的测量工作；而使用回声测探仪和角度交汇法可以完成对水流较急、较深、汇水面积较大的区域的测量工作。当前比较常用的测量方式是回声测深仪和角度交会法，主要基于以下两个原因：一是需要对回声测深仪测绘的纸带图形、结合水位高程进行量测分析以确定水下高程；二是需在两岸采用经纬仪或全站仪以确定测深仪的平面位置。这样一来就增加了操作难度，另外对平面位置和水深位置测定的同步性要求较高。

当前，使用GPS-RTK和数字探测的新技术，从而顺利实现对水下三维信息的获取和水下地形测绘的自动化。GPS-RTK测量的基本流程是：电台将观测值和坐标信息发送给流动站接收机，基准站再将电台获取的数据发送给流动站接收机，完成对观测数据的采集工作。在系统内组成差分观测值进行实时处理，得到空间位置。水下地形测量的主要内容是完成对平面坐标和高程的测量。传统方式对水下地形的测量需要分两个步骤，先要借助测量仪器或者GPS设备完成对平面坐标的确定，而高程需要通过测深数据和水面验潮数据计算得出。使用免验潮法GPS技术对水下地形进行测量时，可以通过在垂直方向架设天线，获取高程，从而一次性得到空间坐标。使用这种方式还可以通过消除潮汐、水位落差的影响提高测量数据的准确性。其中，进行水位观测更是整个过程中的重要环节。

3 GPS在水文河道地形测量中的应用

GPS在水文河道地形测量中的应用主要体现在设备的选择、基准站的布设以及水位观测三个方面。三者之间相互联系，共同发挥作用，提高测量数据的准确性。

3.1 设备的选择

设备的选择包括GPS的选择和仪器的选择。

3.1.1 GPS的选择

GPS在水文河道测量中的主要作用是利用自身的定位功能完成水上的定位和导航。因此数据的可靠性对测图比例尺具有较强的依赖性。当前，在我国的地下水型测量工作中，可以划分为差分型和非差分型两种。另外在水上作业必须保证导航连续，从而保证数据的准确性。当前差分型的精度等级可以实现亚米级，但对于水下测量范围较大的情况，这种方式难以满足测量要求。此时选择实时动态差分RTK模式，可以很好地实现测量效果。

3.1.2 测量仪的选择

测量仪器主要指的是测深仪器声呐系统。水深测量目标的实现必须依靠测深仪器声纳系统，由于测量设备精度与测量仪器本身存在的误差、水深度以及水的温度有直接的关系，因此在选择测量设备时，应该根据具体情况进行选择。整个测量过程跟测量面积没有关系，常用的设备有单频测探仪、双频测探仪以及多波束测深系统三类。具体选择设备时，应该首先对设备的完好性和精度进行检查，根据水深、水温等因素确定最终的仪器设备。

3.2 基准站的布设

在常规的水下地形测量过程中，通常会依靠岸上的比例控制进行准确定位，完成定位后，再进行下水测量。但在实际进行测量时，需要工作人员综合使用全球定位系统，并在准确的流动站完成测量工作。在测量过程中如果出现测量数据和实际要求相违背的情况，应该第一时间切换基站，从而保证数据的有效性。使用这种方式可以大量节约工作时间，提高施工效率，减轻人力劳动的强度。

3.3 水位观测

水位观测在整个数据测量工作中，具有重要作用，在水文河道进行测量时有两种方式：传统的水位观测方式和利用GPS的RTK方式确定水位的方法。

3.3.1 传统水位观测的方法

使用传统的水位观测包括人工观测和自动观测两种方式。人工观测方式由于容易受到相关因素的影响，因此具有一定的局限性，有时难以保证数据的精确性。这种方式适用于临时的测量工作，具体包括仪器实测和水尺测量两种方式。这种方式自身也存在较大的局限性，对数据的精确性发展具有不利影响。通常可以在控制点上直接安置全站仪，但应该保证与待放线点可通视，并且控制点的距离不能太远。然后启动全站仪放样程序键入测站点的坐标，照准后视点，键入后视点坐标，此时全站仪可以根据坐标完成方位角的计算。然后进行定点放样操作，如以后视点为放样点，键入坐标之后，照准后视点，此时的全站仪显示屏在各个方位显示不移动，则证明数据准确。若提示移动，按照指令进行操作即可。

3.3.2 利用GPS的RTK方式确定水位的方法

为了解决传统水位观测方式中存在的问题，相关研究人员将全球定位系统技术综合运用到水下地形的检测中去，使用这种技术有效削弱了传统检测方式对检测数据准确性的干扰。使用这种方式只需要将GPS接收机放在测量区域附近就可以完成有效的检测工作。利用GPS的RTK方式确定水位的方法具有以下优点：第一，适用范围较大。由于在实际测量过程中，水面起伏较小，比较适合工作不会变化比较频繁的测量区域。第二，效率和安全性较高。部分位置区域位置偏远，河岸陡峭，增加了测量困难，同时对工作人员的生命安全也造成一定的威胁。使用GPS-RTK测量技术可以在测量区域的安全范围内完成测量工作，从而最大程度上消除安全隐患。

4 结语

综上所述，水文河道地形测量是我国水利事业的重要方面，加快其发展对于我国的经济发展具有重要意义。在水文河道地形测量中使用GPS技术，可以有效提高测量数据的精确性，这也是当前发展技术中的首选方式。因此，测量人员在进行测量工作时，应该通过对实际情况的分析，准确使用GPS-RTK技术，高效完成数据测量工作。希望通过本文论述，为行业技术进步贡献一份力量，推动行业技术发展。

参考文献

[1] 魏荣灏，史永忠.PPK技术在水库水下地形测量中应用[J].水利科技，2017（4）：23.

[2] 张绪朋，朱利超.测绘新技术在水库库容测量中的应用[J].山东水利，2017（6）：112.

[3] 李学恒.水下地形测量技术方法应用分析[J].中国新技术新产品，2017（4）：96.

[4] 顾飞艇.数字化测绘技术在水下地形测量应用[J].黑龙江科技信息，2016（17）：45.

[5] 袁军，龚春龙.陵水港口水下地形测量探讨[J].中国农村水利水电，2013（8）：12-14.endprint