董曉兵

摘 要：新時(shí)代，要想探測(cè)水資源情況并掌握水文動(dòng)態(tài)，人們需要充分利用科學(xué)技術(shù)，而全球定位系統(tǒng)（GPS）便是其中極為重要的技術(shù)手段之一。GPS技術(shù)通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航為用戶提供精確信息，在水文水資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文探討了GPS技術(shù)在水文水資源監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用，以期將該技術(shù)更好地應(yīng)用于我國(guó)水文水資源監(jiān)測(cè)中。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù);水文水資源;監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：P228.4;TV123 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）12-0052-03

Application of GPS Technology in Hydrology and Water

Resources Monitoring in the New Era

DONG Xiaobing

（Hebi Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Hebi Henan 458000）

Abstract： In the new era， in order to detect water resources and master hydrological dynamics， people need to make full use of science and technology， and the Global Positioning System （GPS） is one of the most important technical means. GPS technology provides users with accurate information through satellite navigation， and is more and more widely used in hydrology and water resources monitoring. This paper discusses the specific application of GPS technology in hydrology and water resources monitoring， with a view to better applying the technology to hydrology and water resources monitoring in my country.

Keywords： GPS technology;hydrology and water resources;monitoring

21世紀(jì)，全球科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，直接促進(jìn)了信息技術(shù)的普及，各行各業(yè)越來(lái)越重視信息技術(shù)的應(yīng)用，也深刻認(rèn)識(shí)并積極擁抱信息時(shí)代的到來(lái)。GPS技術(shù)是世界先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)之一，由空間部分（GPS衛(wèi)星）、地面監(jiān)控部分和用戶部分組成，可以為用戶提供效率高、精確度好（可達(dá)毫米級(jí)別）的快速測(cè)量服務(wù)。近年來(lái)，該技術(shù)越來(lái)越廣泛地運(yùn)用于水文水資源監(jiān)測(cè)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水文水資源的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，大大縮短了水下地形的成圖周期，對(duì)水文水資源監(jiān)測(cè)起到關(guān)鍵性作用。本文主要研究GPS技術(shù)的基本原理及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，探討GPS技術(shù)在水文水資源監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用，為人們應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行水文水資源監(jiān)測(cè)提供參考依據(jù)[1]。

1 基本原理

GPS技術(shù)是全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的技術(shù)手段，可以對(duì)海、陸、空進(jìn)行全方位的導(dǎo)航和定位。GPS技術(shù)具有高效益、高精度、全自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)各行各業(yè)中都有著廣泛的運(yùn)用，如工程測(cè)量、地表測(cè)量、資源勘探等方面。GPS技術(shù)在水文水資源監(jiān)測(cè)方面也發(fā)揮巨大的作用。作為GPS技術(shù)的姊妹技術(shù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)（簡(jiǎn)稱RTK技術(shù)）可以與GPS技術(shù)相互配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)湖泊、河道、水庫(kù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)收集和動(dòng)態(tài)展現(xiàn)數(shù)據(jù)信息，人們可以預(yù)測(cè)水文水資源災(zāi)害，做出正確的決策。

2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

GPS技術(shù)是伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，適應(yīng)定位系統(tǒng)的更新需求而衍生的定位技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)多種傳感設(shè)備將物體和互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系起來(lái)，然后通過(guò)信息媒介實(shí)現(xiàn)通信和數(shù)據(jù)傳遞。GPS技術(shù)為水文水資源監(jiān)測(cè)提供了便利，賦予水文水資源監(jiān)測(cè)智能化特征，最終實(shí)現(xiàn)水文水資源的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該技術(shù)在水文水資源監(jiān)測(cè)中具有極大的優(yōu)勢(shì)。

一是靈活方便。GPS技術(shù)不需要人工輔助，可以點(diǎn)位任意區(qū)域，對(duì)各處水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無(wú)論是何種天氣情況，該技術(shù)都可以做到實(shí)時(shí)工作。二是全自動(dòng)化。在水文水資源監(jiān)測(cè)中，GPS技術(shù)不需要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，就可以實(shí)現(xiàn)水文信息數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集和輸出，技術(shù)應(yīng)用更為自動(dòng)、更為方便，可以實(shí)現(xiàn)水文水資源監(jiān)測(cè)過(guò)程的全自動(dòng)化操作[2]。三是智能化。GPS技術(shù)在野外應(yīng)用中不需要將人鎖定在野外，在室內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)操作，如發(fā)布指令、設(shè)置參數(shù)等。四是數(shù)據(jù)高精準(zhǔn)化。GPS技術(shù)利用衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其成像周期很短，在短時(shí)間內(nèi)就可以完成水文水資源信息采集，一般一次性監(jiān)測(cè)即可完成任務(wù)。究其原因，GPS技術(shù)所提供的數(shù)據(jù)具有高精準(zhǔn)化特點(diǎn)，無(wú)須反復(fù)對(duì)水文水資源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，縮短了監(jiān)測(cè)周期，保證了水文水資源信息的精準(zhǔn)性[3]。GPS地面基準(zhǔn)站信息接收示意圖如圖1所示。

3 GPS技術(shù)在水文水資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

3.1 水位數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)傳輸

在水位測(cè)量的過(guò)程中，GPS技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。為確保水位數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和精確性，技術(shù)人員研發(fā)出濾波算法并制作了濾波模型，將濾波模型制作成軟件輸入到GPS手持機(jī)中，從而隨時(shí)隨地使用GPS手持機(jī)。在水文水資源監(jiān)測(cè)中，GPS技術(shù)可以收集水位數(shù)據(jù)信息，然后通過(guò)通信系統(tǒng)將其發(fā)送到監(jiān)控中心。水位數(shù)據(jù)收集后，GPS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，數(shù)據(jù)內(nèi)容、頻率、模式和采集間隔等要素都可以通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，最終使得GPS技術(shù)適用于野外測(cè)量[4]。GPS數(shù)據(jù)處理基本流程如圖2所示。

3.2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)

近年來(lái)，我國(guó)各地大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，這已然成為我國(guó)發(fā)展的頭等大事，但是部分地區(qū)秉持錯(cuò)誤觀念，要經(jīng)濟(jì)不要環(huán)境，要發(fā)展不要生態(tài)。有些地區(qū)積極辦工廠，發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，但是污水沒(méi)有進(jìn)行有效處理就直接排入河流中，流域內(nèi)水環(huán)境污染極為嚴(yán)重，水環(huán)境治理已經(jīng)迫在眉睫。水污染對(duì)廣大人民群眾的日常飲水安全帶來(lái)威脅，直接影響廣大人民群眾的身體健康[5]。因此，加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，做好水質(zhì)凈化管理至關(guān)重要。在對(duì)區(qū)域水資源進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)時(shí)，人們可以利用GPS技術(shù)，在監(jiān)測(cè)船上確定好采集點(diǎn)，然后通過(guò)定位確定精確的位置信息，利用高科技設(shè)備采集水樣，獲得水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，再將其直接繪制成等值線圖，從而得到直觀、精確、客觀的水質(zhì)信息，為科學(xué)治理水環(huán)境提供依據(jù)。

3.3 流速監(jiān)測(cè)

我國(guó)夏季降雨往往較多，有些河流的流域分布廣泛，流量會(huì)急速加大，直接導(dǎo)致流速加快，如不及時(shí)做好流速監(jiān)測(cè)而出現(xiàn)泥石流、洪水等災(zāi)害，將直接影響區(qū)域內(nèi)廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。過(guò)去，水流的流速監(jiān)測(cè)往往采用基線輻射桿六分儀夾角定位法，如果區(qū)域內(nèi)障礙物多、視距比較長(zhǎng)，那么觀測(cè)往往受到各種干擾，所得數(shù)據(jù)信息也不是很精準(zhǔn)。而GPS技術(shù)的出現(xiàn)解決了這個(gè)難題。GPS技術(shù)不受障礙物多和視距長(zhǎng)短的影響，可以直接精準(zhǔn)測(cè)定河流斷面流速，搜集水文資料，從而快速、高效、精準(zhǔn)地解決水文巡測(cè)中斷面監(jiān)測(cè)定位難的問(wèn)題[6]。

3.4 洪水調(diào)度

我國(guó)地大物博，幅員遼闊，夏季，南方容易發(fā)生水災(zāi)，造成的經(jīng)濟(jì)損失非常嚴(yán)重。我國(guó)各地政府都極為重視水文水資源災(zāi)害監(jiān)測(cè)，探索出諸多應(yīng)對(duì)水災(zāi)的方法，全方位保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。例如，為做好防洪減災(zāi)工作，人們應(yīng)用GPS技術(shù)，建立防洪決策支持系統(tǒng)，針對(duì)區(qū)域洪水災(zāi)害提前做好準(zhǔn)備。GPS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)水資源的合理監(jiān)測(cè)和調(diào)度，以便發(fā)出洪水預(yù)警，采取防洪減災(zāi)措施，為災(zāi)民轉(zhuǎn)移路線設(shè)計(jì)和救災(zāi)物資投放提供決策依據(jù)。目前，人們以GPS技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出防洪智能應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)、防汛信息查詢系統(tǒng)、防汛指揮系統(tǒng)、防洪規(guī)劃信息管理系統(tǒng)和洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)等預(yù)防性系統(tǒng)。GPS技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)水資源水位，將實(shí)時(shí)水位數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)管理中心，數(shù)據(jù)管理中心根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)測(cè)算，繪制水位曲線圖，在計(jì)算機(jī)頁(yè)面上進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)顯示。例如，GPS技術(shù)可以全面監(jiān)測(cè)洪水推進(jìn)情況、蓄洪區(qū)水位情況和人員轉(zhuǎn)移情況等，并將所得信息傳輸給相關(guān)部門，使其獲得最新洪水災(zāi)害實(shí)時(shí)變化情況，為進(jìn)一步做好洪水災(zāi)害防治計(jì)劃、傳達(dá)防洪指令提供決策依據(jù)。

3.5 未來(lái)應(yīng)用

為預(yù)防洪水災(zāi)害，我國(guó)各地建立多個(gè)蓄水泄洪區(qū)，這樣不僅可以合理利用水文水資源，而且可以更好地進(jìn)行洪水災(zāi)害預(yù)防。當(dāng)前，將GPS技術(shù)直接應(yīng)用到水文水資源監(jiān)測(cè)中，可以很好地解決水文水資源監(jiān)測(cè)難題，實(shí)現(xiàn)對(duì)水文、土壤、地形地貌、地下水等基本情況的監(jiān)測(cè)。未來(lái)，應(yīng)該繼續(xù)完善水資源流域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，減少監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精確性。另外，GPS技術(shù)要與遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）等先進(jìn)技術(shù)結(jié)合，提高技術(shù)擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)信息資源共享，提高自身在水文水資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用水平[7]。

4 結(jié)論

GPS技術(shù)作為高效、快速、精準(zhǔn)的水文水資源監(jiān)測(cè)手段，其在很大程度上推動(dòng)著水文水資源監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步。它通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航為用戶提供精確信息，在水文水資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。GPS技術(shù)是探測(cè)水資源情況、掌握水文動(dòng)態(tài)的有效途徑。利用GPS技術(shù)，及時(shí)監(jiān)測(cè)水文水資源情況，可以避免洪水災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，保證廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。在水文水資源監(jiān)測(cè)和洪水、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防中，GPS技術(shù)發(fā)揮著不可替代的作用。在今后的水文水資源監(jiān)測(cè)中，我國(guó)要不斷吸收國(guó)外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合GPS技術(shù)實(shí)際發(fā)展情況，發(fā)揮GPS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提升水文水資源數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性和可靠性，為水文水資源管理提供依據(jù)。

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