GPS技术在水文水资源监测方面的应用
2022-02-15董进东吕金闯
董进东 吕金闯
黄委山东水文水资源局高村水文站 山东 东明 274500
引言
水利事业作为促进我国国民经济健康持续发展的基础性产业，目前在“十四五”规划的推动作用下，新时期中国水利建设需要依托于高质量发展标准，加强对水资源的合理开发与配置利用。为进一步加强对水资源的合理开发利用与节约保护，水利建设行业内部应该主动结合GPS等先进技术内容，加强对水文水资源问题的重点监测与管理。其中，水文水资源基本上可以视为我国水利事业重点领域，通过合理监测与管理，可以加强对洪涝灾害防治以及污染防治等重点工作的应对管理，进一步完成对水资源的合理开发利用与节约保护工作。
1 GPS技术原理以及优势分析
1.1 技术原理
GPS技术可以理解为：通过在测区范围内放置卫星信号接收设备，确保接收机可以同时接收地球卫星发送的信号。并采取科学合理的处理方式将已知信息数据，一般多指卫星信号传播时间以及信号发出距离等信息数据，导入到特定计算公式当中，获取接收机三维实时空间坐标。工作人员可根据空间坐标数据科学构建工程控制网，并结合实际情况对三维立体坐标体系进行绘制应用[1]。
1.2 优势分析
GPS技术在应用过程中可以体现出以下优势特点：
1.2.1 实时性特点。相对于传统静态相对定位技术，GPS技术可以在短时间内获取测点位置数据，所表现出的实时性特征十分明显。
1.2.2 全天候特点。GPS系统一般多具备全天候导航定位功能，在测量使用过程中，基本上不会受到气候因素和工程地质因素等影响而出现测量精度不高的问题，可实现24h全天候测量目标。
1.2.3 操作简单。开展工程测量工作时，工作人员只需要在观测点位置装GPS接收机等相关设备就可以完成卫星信号捕捉以及跟踪观测等一系列操作流程。整个测量过程中，所表现出的抗干扰性较强且操作简单[2]。
1.2.4 测站无须通视。使用GPS技术及相关设备时，工作人员只需要将测站角度保持在15°以上，且满足上空区域相对开阔条件，基本上就可以达到工程测量标准要求。在测量过程中，工作人员无须与相邻测站保持通视状态，就可以达到预期测量目的。
2 水文水资源监测布点特征分析
为确保水文水资源监测效率得以全面加强，相关监测人员应该加强对水文水资源监测布点问题的重视管理。结合以往的经验来看，水文水资源监测布点工作必须具备准确性以及代表性特征，可真实反映出监测区域水质以及河道断面实际情况。在此基础上，将水系设定为由一条主流与干支流组成，根据监测和断面情况选择最具代表性特征的断面形式，对当前监测区域水质特征以及水源迁移特征进行合理反映。一般来说，水系中主支流与干支流在运行规律及污染源分布面积等参数信息表现上需要利用专业数据及公式进行推导分析[3]。
以GPS技术为例，通过科学利用GPS技术可实现对水文水资源情况的动态监测与管理，同时也可以基于不同环境下对不同水源点信息进行重点采集与分析。在此过程中，监测人员可利用GPS监测系统程序完成对相关数据的重点筛选与分析。可在获取参数值的前提条件下，利用计算机运算功能及分析功能，实现对河对面各测点方差数值的运算分析。根据分析反馈结果，判断误差问题。除此之外，监测人员可针对水域面积及水源地水系情况等重要信息进行筛查。根据筛查结果确定最具代表性特征的监测地点，大量获取优质采样点。
3 GPS技术在水文水资源监测领域中的应用分析及实践措施
3.1 洪水调配与水位采集
洪水调配与水位采集基本上可以视为水文水资源监测工作予以重点关注的问题。结合以往的监测管理经验来看，传统监测技术手段所存在的滞后性问题相对明显，如监测效率不高和监测精准度不高等，容易对水文水资源监测管理工作造成负面影响。而通过利用GPS技术应用优势可以实现对不同时间段以及不同环境下水位变化及流量变化情况的监测分析。在监测期间，计算机系统可以整合分析水位变化以及流量变化等关键数据，经详细分析之后绘制出水位曲线。结合应用反馈情况来看，监测人员可通过利用动态水位曲线对当前洪水推进速度和蓄洪区淹没情况进行重点掌握，可根据实际情况及时下达防洪决策。
在水位采集方面，监测人员可利用GPS自动化和高智能化优势特点，在恶劣环境情况下完成高质量监测工作。在监测工作期间，监测人员可利用GPS系统获取相关水位数据，并通过利用实时传输功能加强对水位数据的整合收集。在此过程中，技术人员可在监控中心通过计算机系统获取大量水位数据。根据水位数据情况，对当前是否存在风险问题进行研判分析。除此之外，水位监测中心在接收到GPS模块反馈的数据之后，可通过利用中央处理器完成数据的换算与演变，实现全过程管理动态化与智能化。
3.2 水质监测与流量测验
水质监测期间相关人员可通过利用GPS技术实现对河道、湖泊等重点监测区域环境数据的采集分析。获取采集样点坐标之后，监测人员可对水源带污染情况进行实时监控。根据监控反馈数据，制作动态监控图。监测人员可结合动态监控图情况对当前水域水质情况、污染面积进行研判分析，根据分析反馈结果，科学构建针对性治理方案。
与此同时，监测人员还可对GPS系统反馈的数据进行技术分析，完成对当前水质监测结果的总结归纳。除此之外，在流量测验方面，监测人员可利用GPS技术应用优势解决传统测验方法存在的目视距远、障碍物多等短板问题。结合应用反馈情况来看，基于GPS技术的流量测验工作在工作效率和监测数据精确性方面得到了明显加强[4]。
3.3 水文测量
监测人员可在水文测量区设置GPS地面接收机实现对水文测量数据的动态获取。在具体应用过程中，GPS地面接收机可针对监测位置构建对应坐标，在获取对应数值参数之后，结合数据情况确定基准模式。需要注意的是，在测量分析过程中，GPS地面接收器天线必须位于坐标系几何中心位置，以保障水文高度参数和相关数据精确性效果。与此同时，为确保实测水位信息精确性，监测人员需要结合区域实际情况构建合适的过滤模型加以高效应用。
通过过滤作用实现对水位数据专业化处理，根据处理分析结果对当前水位情况进行重点把握。除此之外，为进一步保障计算结果的精确性与合理性，监测人员可在计算机系统中过滤软件。利用过滤软件将GPS水位数据反馈到监测系统当中，结合水位数据情况，对当前水位和采样点坐标等关键信息进行重点应用分析。完成上述工作内容之后，监测人员可以将收集到的所有数据信息进行整合应用，如转化为监测图形式，重点识别水质和水污染等关键信息。
3.4 洪涝灾害评估
洪涝灾害始终是水文水资源监测管理的重点内容，所涉及的危害性影响较大且作用范围较广，容易对我国水利安全建设构成严重威胁。结合以往的经验来看，洪涝灾害评估基本上可以视为水文水资源监测领域的重难点内容，在监测管理和评估分析过程中除了可以利用GPS技术获取相关数据之外，还可以适当引入遥感技术，对洪水淹没面积、作用、范围进行合理界定，加强对洪涝灾害等自然灾害的控制管理。在实现过程中，建议相关技术人员构建基于遥感技术的水文水资源自动化遥测系统，实现对洪涝灾害等关键数据的精准获取与科学预防，具体可以按照以下步骤完成洪涝灾害安全评估过程：
3.4.1 信息采集。信息采集基本上可以视为水文水资源遥测系统功能的重要表现。在具体实现过程中，主要通过利用GPRS组网完成对水情信息中降雨量和水位等关键信息的传输处理。并通过定时自报功能，对系统所获取到的水情信息数据进行安全传输，一般多反馈到中心站内部。除此之外，在开展水位以及雨量等水情信息收集工作期间，工作人员可利用水情自动化遥测系统精准获取相关资料数据，进一步增强水文水资源监测质量。
3.4.2 信息处理查询。实现信息处理查询功能可以高质量完成对文字资料、音频数据等关键信息的妥善存储，同时也可以针对雨量和水位等关键水情信息进行自动统计与合理分析，根据分析反馈结果自动形成统计报告。除了具备上述功能之外，工作人员也可以通过预警、更新数据功能优势完成查询检索等一系列操作过程。工作人员可以对过往水情信息和历史记录进行查询分析，根据分析反馈结果完成对当前工作的决策管理。
3.4.3 洪水调试和预报。洪水调试与预报功能实现主要依托于在线与离线预报功能，完成对洪峰流量和总量等关键信息的自动化处理。同时也可以利用预报窗口可视化功能，对预报单元选择问题、参数设置问题进行精准标注。除此之外，该功能还可以对洪水调度进行精准验算。在具体操作过程中，只需要提前输入好设定参数就可以完成泄流工作。
3.5 地表水监测
地表水监测工作所面临的重难点问题较多，再加上地表水监测环境相对复杂且多变，如果单纯利用传统人工测量方法难以达到预期的监测要求。通过GPS技术和遥感技术，可在短时间内高效获取信息数据。并通过航空雷达监测手段，实现对目标点区域水资源信息的精准收集与整合处理。在具体过程中，监测人员可利用收集到的数据信息对当前地表水运行状态、存在的污染问题进行研判分析。根据分析反馈结果，采取针对性手段加强对地表水污染问题的防治处理，以避免对监测水域质量安全构成威胁。
4 GPS技术在水文水资源监测领域中的发展趋势分析
结合当前应用情况来看，通过GPS技术基本上可以实现对水文水资源测数据的精准获取，监测人员可根据相关数据对当前水体、水量和空间变化情况进行动态掌握。可以说，GPS技术的推广应用无疑为我国水利信息化发展进程夯实了基础保障。需要注意的是，虽然与传统水文监测技术相比，GPS技术的推广应用进一步增强了水文水资源监测效率以及数据获取精度，但是GPS技术尚未达到成熟应用水平，在某些技术流程、应用方面还是存在短板问题。针对于此，为保障GPS技术得以深入持续应用，建议行业内部人员加强对GPS技术与其他先进技术的结合应用，如5G技术、遥感技术等，实现水文水资源监测多维度发展。
5 结束语
总而言之，新时期水文水资源监测工作应该立足于水利信息化建设标准，加强对新技术、新手段的应用推广力度。其中，GPS技术作为水文水资源监测领域常用的技术方法，可通过结合GPS技术优势特点，加强对监测水域河流水源变化数据和相关数据信息的自动获取。根据数据反馈情况，对该地区水文防汛机制体系建设以及风险预警防范体系内容进行健全完善，以期可以加强对自然灾害风险问题以及环境污染问题的应对处理。需要注意的是，为保障水文水资源监测水平持续提升，建议在今后的发展过程中，水文水资源监测单位应该加强对GPS技术及其前沿发展动态问题的关注力度，最好可以主动融合新技术和新方法，进一步增强GPS技术应用效能。
