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。

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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。

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1004-1184(2017)03-0246-02