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        GPS-RTK技術(shù)在水文測(cè)量中的應(yīng)用及誤差分析

        2017-06-19 15:08:10
        地下水 2017年3期
        關(guān)鍵詞:測(cè)量誤差水文精度

        陳 玲

        (新疆哈密水文勘測(cè)局,新疆 哈密 839000)

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        GPS-RTK技術(shù)在水文測(cè)量中的應(yīng)用及誤差分析

        陳 玲

        (新疆哈密水文勘測(cè)局,新疆 哈密 839000)

        水文測(cè)量是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作,為防洪防災(zāi)、水文監(jiān)督及水資源保護(hù)等工作提供支撐,水文測(cè)量技術(shù)的選擇與合理應(yīng)用直接關(guān)系到水文測(cè)量的精度和質(zhì)量。通過(guò)結(jié)合實(shí)例,探討了GPS-RTK技術(shù)在水文測(cè)量中的具體運(yùn)用,并對(duì)水文測(cè)量誤差成因和控制方法進(jìn)行闡述分析,明確了水文測(cè)量誤差控制要點(diǎn)及GPS-RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的優(yōu)越性,對(duì)提升水文測(cè)量技術(shù)運(yùn)用水平,提高相關(guān)水文測(cè)量精度和質(zhì)量提供了借鑒參考。

        水文測(cè)量誤差;成因;測(cè)量技術(shù)運(yùn)用;GPS-RTK

        水文測(cè)量是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作,水文測(cè)量技術(shù)的選擇與合理應(yīng)用也關(guān)系到水文測(cè)量精度和質(zhì)量,結(jié)合實(shí)際情況合理選擇先進(jìn)的測(cè)量技術(shù),能提升測(cè)量技術(shù)精度。在測(cè)量的過(guò)程中不可避免的會(huì)受到外界因素影響,從而產(chǎn)生誤差,如何有效的控制誤差至關(guān)重要。本文簡(jiǎn)要研究分析了GPS-RTK水文測(cè)量技術(shù)運(yùn)用及測(cè)量誤差的相關(guān)問(wèn)題。

        1 水文測(cè)量中的GPS-RTK技術(shù)

        合理選擇和運(yùn)用測(cè)量技術(shù)對(duì)于提升水文測(cè)量精度和質(zhì)量有著積極的作用。水文測(cè)量技術(shù)眾多,其中GPS-RTK技術(shù)是以GPS技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)的一種新興測(cè)量技術(shù),相較于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)來(lái)說(shuō),GPS-RTK技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。

        1.1 GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)原理

        在GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量原理如下:基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)連續(xù)觀測(cè)GPS衛(wèi)星,通過(guò)UHF超高頻發(fā)射電臺(tái),能夠?qū)⒂^測(cè)數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)站坐標(biāo)、天線高程等基準(zhǔn)信息發(fā)送至移動(dòng)站[4]。移動(dòng)站接收電臺(tái)接收信息后,利用動(dòng)態(tài)差分測(cè)量軟件實(shí)時(shí)計(jì)算基準(zhǔn)站信息和GPS衛(wèi)星信息,以此為依據(jù)得出移動(dòng)站相對(duì)于基準(zhǔn)站的坐標(biāo)差(△X、△Y、△H)和移動(dòng)站實(shí)時(shí)位置坐標(biāo)(X、Y、H)。GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)三維測(cè)量精度能夠達(dá)到厘米計(jì),在測(cè)程20km以內(nèi)的三維定位精度能夠達(dá)到1cm,有效避免了測(cè)量誤差的出現(xiàn)。

        1.2 GPS-RTK測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

        1.2.1 地形測(cè)量

        《水文巡測(cè)規(guī)范》中明確規(guī)定,在地形發(fā)生明顯變化時(shí)要進(jìn)行詳細(xì)的地形測(cè)量,傳統(tǒng)水文測(cè)量技術(shù)在地形測(cè)量中的應(yīng)用往往需要2-3人來(lái)完成,而利用GPS-RTK技術(shù)測(cè)量能夠去除布設(shè)控制點(diǎn)等工作環(huán)節(jié),僅需1名有經(jīng)驗(yàn)的工作人員即可完成測(cè)量工作,通過(guò)測(cè)圖軟件就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地形圖的繪制,相較于傳統(tǒng)水文測(cè)量技術(shù)來(lái)說(shuō),不僅節(jié)約了人力資源,同時(shí)有效提升了作業(yè)效率和測(cè)量精度[5]。如表1為孤山水位站地形測(cè)量中GPS-RTK技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的比較。

        表1 GPS-RTK技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)對(duì)比

        1.2.2 大斷面測(cè)量

        鋼尺、經(jīng)緯儀、全站儀、水準(zhǔn)儀等是水文測(cè)站大斷面測(cè)量中經(jīng)常采用的儀器,鋼尺能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)測(cè)點(diǎn)間距離的丈量,經(jīng)緯儀和全站儀能夠有效確定測(cè)點(diǎn)的方位,而水準(zhǔn)儀則能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高程的測(cè)量。在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中,每一種儀器工作都需要配備兩名以上工作人員。需要注意的是,在大斷面測(cè)量中,經(jīng)常會(huì)遇到雜草灌木叢生、水面寬或斷面有江心洲等復(fù)雜地形環(huán)境,利用上述儀器測(cè)量難度較大,不能保證測(cè)量效率和精度,而應(yīng)用GPS-RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)則能夠有效解決上述問(wèn)題,只需要1位工作人員帶上移動(dòng)站,以測(cè)量流程為依據(jù),將斷面線輸入到移動(dòng)站內(nèi),對(duì)測(cè)點(diǎn)校核,之后根據(jù)GPS導(dǎo)航施測(cè)即可[6]。每一個(gè)測(cè)點(diǎn)都處于斷面線之上,相較于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)來(lái)說(shuō),不僅測(cè)量精度較高,且測(cè)點(diǎn)密集數(shù)據(jù)量大,有效提升了大斷面測(cè)量質(zhì)量。

        1.2.3 配合ADCP流量測(cè)驗(yàn)

        一般來(lái)說(shuō),流量測(cè)量主要采用ADCP即聲學(xué)多普勒流速剖面儀來(lái)進(jìn)行測(cè)量,但受到河底走沙的影響,往往會(huì)出現(xiàn)測(cè)驗(yàn)誤差,需要采用其他技術(shù)方法進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的修正。GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用則能夠解決上述問(wèn)題,其能夠提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),與ADCP相互配合,修正流量測(cè)驗(yàn)精度。如表2為某水文站流量測(cè)驗(yàn)精度對(duì)比情況,采用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)大大降低了流量測(cè)驗(yàn)誤差,保證了測(cè)量精度。

        表2 某水文站采用與不采用GPS-RTK技術(shù)流量測(cè)驗(yàn)精度對(duì)比

        2 水文測(cè)量誤差分析

        2.1 影響水文測(cè)量誤差的因素

        2.1.1 設(shè)備因素

        水文測(cè)量設(shè)備使用不當(dāng)或設(shè)備缺陷可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差產(chǎn)生。例如:水準(zhǔn)尺彎曲會(huì)導(dǎo)致水文測(cè)量誤差出現(xiàn),水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行會(huì)形成系統(tǒng)誤差等。

        2.1.2 環(huán)境因素

        水文測(cè)量大多在室外工作,會(huì)受到氣溫、濕度、地形等環(huán)境因素影響,從而出現(xiàn)誤差。如溫度變化會(huì)導(dǎo)致大氣折光變化,影響水準(zhǔn)管內(nèi)液體溫度,從而產(chǎn)生測(cè)量誤差。

        2.1.3 測(cè)量人員因素

        測(cè)量人員專業(yè)水平不高、操作不規(guī)范等會(huì)影響測(cè)量精度。例如:在實(shí)際水文測(cè)量過(guò)程中,如果測(cè)量人員缺乏測(cè)量經(jīng)驗(yàn),讀數(shù)時(shí)可能出現(xiàn)誤差,再例如,不同人員視覺(jué)分辨能力和視距長(zhǎng)度存在差異,在估讀水準(zhǔn)尺時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤差。

        2.1.4 測(cè)量方法因素

        測(cè)量方法也是影響水文測(cè)量誤差的重要因素,如果測(cè)量方法選擇不當(dāng),會(huì)導(dǎo)致誤差產(chǎn)生[1]。例如:水體觀測(cè)過(guò)程中,水體流量及水位等參數(shù)都屬于瞬時(shí)值,會(huì)隨著時(shí)間的變化而產(chǎn)生變化,計(jì)算得到的觀測(cè)值是一段時(shí)間內(nèi)的平均值或綜合值。

        2.2 水文測(cè)量誤差控制措施

        水文測(cè)量誤差影響因素眾多,任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都可能導(dǎo)致誤差出現(xiàn),需要采用有效的方法進(jìn)行測(cè)量誤差控制。

        2.2.1 設(shè)備校核

        在水文測(cè)量前需要有效的維護(hù)和校核設(shè)備,水文測(cè)量設(shè)備本身就存在一定誤差,對(duì)設(shè)備的全面維護(hù)和校對(duì)有助于減少設(shè)備本身誤差。因此,操作人員在使用設(shè)備之前需要全面檢查設(shè)備,分析測(cè)量設(shè)備的使用環(huán)境和條件,保證設(shè)備在測(cè)量環(huán)境下能夠正常使用之后才能開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量操作,以此降低設(shè)備因素引起的誤差,保證水文測(cè)量精度[2]。

        2.2.2 環(huán)境優(yōu)化

        環(huán)境優(yōu)化能夠降低環(huán)境因素對(duì)水文測(cè)量誤差的影響,保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。一般來(lái)說(shuō),測(cè)量設(shè)備和儀器對(duì)環(huán)境都有著一定的要求,如果測(cè)量環(huán)境較為惡劣,會(huì)損害設(shè)備,影響設(shè)備工作性能[3]。對(duì)于水文測(cè)量來(lái)說(shuō),要綜合考慮溫度、天氣及濕度等環(huán)境因素,采取有效方案優(yōu)化環(huán)境,避免環(huán)境外在因素帶來(lái)影響,例如通過(guò)遮陽(yáng)措施來(lái)減少光照可以消除光照對(duì)測(cè)量精度的影響。

        2.2.3 消除測(cè)量人員誤差

        1)應(yīng)當(dāng)積極提升水文測(cè)量人員的職業(yè)道德和專業(yè)素質(zhì)能力,激發(fā)其工作的積極性,做好培訓(xùn)工作,完善激勵(lì)機(jī)制,保證測(cè)量人員在測(cè)量的過(guò)程中認(rèn)真負(fù)責(zé);

        2)水文測(cè)量工作是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程,在測(cè)量的過(guò)程中可能遇到多種復(fù)雜情況,操作相對(duì)繁瑣,因此在培訓(xùn)的過(guò)程中要注重對(duì)測(cè)量人員專業(yè)知識(shí)和規(guī)范操作的培訓(xùn),讓一些經(jīng)驗(yàn)豐富的測(cè)量人員分享測(cè)量經(jīng)驗(yàn)和處理對(duì)策,以此來(lái)提升整個(gè)水文測(cè)量隊(duì)伍水平。

        2.2.4 合理選擇測(cè)量方法

        在水文測(cè)量工作中,需要結(jié)合地形、環(huán)境等要素來(lái)合理的選擇測(cè)量方法,此外應(yīng)當(dāng)注重對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理,一般來(lái)說(shuō),測(cè)量數(shù)據(jù)處理是以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行鈣化處理,對(duì)于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)要多頻次測(cè)量對(duì)比,取平均值和綜合值,不能取瞬時(shí)值,以此來(lái)保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性,這就需要選擇合理的數(shù)據(jù)模型。此外,保證測(cè)量技術(shù)的先進(jìn)性也是控制水文測(cè)量誤差的重要方法之一。

        3 結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,在水文測(cè)量過(guò)程中,受到外界因素的影響很容易導(dǎo)致測(cè)量誤差出現(xiàn),從而影響了測(cè)量精度和質(zhì)量。本文分析了水文測(cè)量誤差的成因及具體控制措施,并結(jié)合實(shí)例探討了GPS-RTK技術(shù)的具體應(yīng)用,明確了水文測(cè)量誤差控制要點(diǎn)及GPS-RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的優(yōu)越性,旨在進(jìn)一步提升水文測(cè)量技術(shù)運(yùn)用水平,保證水文測(cè)量精度和質(zhì)量。

        [1]劉穎,張成龍,李迎春. 水文測(cè)量誤差的成因及對(duì)策[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇.2012,17:113.

        [2]張述靜. 水文測(cè)量工作出現(xiàn)誤差問(wèn)題及解決措施[J].黑龍江水利科技.2014,12:251-252.

        [3]單文明,童家玉.水文測(cè)量工作出現(xiàn)誤差問(wèn)題及解決措施[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品.2015,20:151-152.

        [4]吳巍,劉梅群. 解析水文測(cè)量中GPS RTK測(cè)量技術(shù)應(yīng)用[J].低碳世界.2015,34:67-68.

        [5]喻婷. 淺談水文測(cè)量中的GPS-RTK測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用[J].民營(yíng)科技.2016,10:33.

        [6]馬柏輝,林力山.利用航空攝影測(cè)量及多波束水文測(cè)量技術(shù)監(jiān)測(cè)堆石防波堤及海堤[A].中國(guó)水利學(xué)會(huì)圍涂開(kāi)發(fā)專委會(huì).中國(guó)水利學(xué)會(huì)圍涂開(kāi)發(fā)專委會(huì)2004學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].中國(guó)水利學(xué)會(huì)圍涂開(kāi)發(fā)專委會(huì).2004:8.

        2017-01-18

        陳玲(1985-),女,甘肅山丹人,助理工程師,主要從事水文勘測(cè)及水資源調(diào)查研究工作。

        P331

        B

        1004-1184(2017)03-0246-02

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