GPS技术在水文水资源监测方面的应用
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摘要：随着全球卫星定位系统（gps）的发展，特别是网络RTK技术的发展，将GPS技术的应用领域迅速扩大，本文讨论的是网络RTK技术在水文水资源监测领域的应用，对提高水文水资源监测方面发挥了重要的作用，大大提高了应急反应能力，为领导决策提供科学的依据。
关键词：水文水资源 GPS监测 应用
1、概论
GPS具有全球性、连续性和全天候的特点，是一种快速、高精度的测量技术。GPS静态定位可达毫米级精度，实时动态定位（RTK Real Time Kinematic）测量一般可达厘米级精度，配合先进的测深系统和导航测量软件，可以实时监测，现场成图。在河道、湖泊、水库的水下地形测量中大大缩短了成图周期，提高了水下地形图的质量和时效性。对堤防险工险段、水库大坝、滑坡泥石流的监测显示了其高新技术的优越性，可实时监测险情，为防汛指挥部门提供决策依据。
RTK技术在应用中遇到的最大问题就是参考站校正数据的有效作用距离。为了克服传统RTK技术的缺陷，在20世纪90年代中期，人们提出了网络RTK技术。
在网络RTK技术中，线性衰减的单点GPS误差模型被区域型的GPS网络误差模型所取代，即用多个参考站组成的GPS网络来估计一个地区的GPS误差模型，并为网络覆盖地区的用户提供校正数据。而用户收到的也不是某个实际参考站的观测数据，而是一个虚拟参考站的数据，和距离自己位置较近的某个参考网格的校正数据，因此网络RTK技术又被称为虚拟参考站技术(VirtualReference)。
2、目前网络RTK系统具备主要功能
2.1采用VRS作为系统实时定位技术，提供实时定位差分数据服务。
2.2采用GPRS或GSM数据通信方式提供实时数据访问，通过Internet实现事后精密定位的数据服务。
2.3永久性的基准站网络系统，可升级为国家级GPS跟踪站、国家地壳形变监测站。
2.4服务范围：导航陆上和海上导航，地理信息采集、更新、定位；测绘，地籍，规划，工程建设，变形监测，地壳形变监测等。
3.1、GPS水位数据自动采集及实时传输系统
水位反映了实际水面的涨落，以及与防洪水位警戒线的关系，对于防洪抗涝具有非常重要的意义。
3.1.1系统的研制
（1）局部精密高程转换模型的建立
GPS实测的是大地高程，而水位测量中通常采用的是国家“85”高程，这就需要通过建立高程转换模型，实现大地高程向国家“85”高程的转换。
（2）实时水位的提取
在手掌机（PDA）上编制软件，实时提取RTK高程数据，并利用已经建立的高程转换模型，获取以国家“85”高程表达的水位。
（3）渐进式水位数据的滤波算法研究
为确保水位数据的精度，研制一定的滤波模型，对短时间内水位数据进行渐进式滤波处理，以消除观测误差的影响。
研制模型，编制软件并镶入PDA中，确保水位数据的正确无误。
（4）野外观测单元子系统的合成
PDA收集到了水位数据以后，需要将数据发送到监控中心。数据发送可以采用手机中的GPRS通讯模式实现（也可采用网络或别的传输系统）。要实现整个系统，首先需要将PDA系统与手机系统实现合成，在此基础上，将水位数据进行编码并向手机中输送。
（5）监控单元
数据发送出去后，在监控单元需要实现数据的接收。数据的接收由接收单元（手机/手机模块/固定电话）以及数据管理单元（中央计算机）组成。编制程序对加密的编码进行解密处理，并对水位数据进行管理。
（6）智能监控系统的建立
水位数据的自动采集以及实时传送实现智能化。通过编写软件，实现监控中心对野外观测单元的工作状态监测和管理（GPS开关机操纵、采样间隔设置、以及数据传输内容、频率和模式选择）、数据质量管理（设置选择不同的滤波参数或模型）。真正实现对野外测量单元的智能监控。
3.1.2该系统具有如下特色：
（1）方便灵活。
可方便地移动到任何位置、在任何状态下进行水位测量。
（2）全自动化。
无须进行任何参数设置，实现水位数据的自动提取、发送、接收、数据的管理和初步分析。
（3）智能化。
参数设置，指令、执行等整个操作在监控中心通过计算机实现，无需到野外执行。
（4）高质量的水位数据。
网络RTK技术、GPS接收机以及滤波技术，确保了对水位数据的质量控制。
3.1.3洪水调度
借助该系统可以实现实时监测水位的变化，并将各个位置的水位数据传输到领导决策层的办公室，计算机中的信息系统将根据实施监控的水位，绘制水位曲线，并动态的显示实际的洪水推进、蓄洪区淹没，并给出可能涉及的迁移人口、需要转移得可能位置和可能造成的经济损失等信息。
领导决策层根据这些信息，在办公室中对水情就会又一个全面的掌握，并能够准确的下达防洪决策指令。
3.2 GPS技术在水文水资源监测其他方面的应用
3.2.1流量测验中的应用
独流减河河口水文巡测断面，高洪期水面宽,同时要考虑潮位的影响，过去采用常规测验定位方法――基线辐射杆六分仪夹角定位法，靠测船在抢测。由于视距长，障碍物多，标志背景复杂，原来设置的断面标已无法通视。为了保证水文巡测工作不中断，我单位利用GPS施测独流减河断面，收集高洪期水文资料。从测验的情况看，GPS系统运行正常，解决了水文巡测中断面测验定位难的问题。
3.2.2水质监测方面的应用
在对于桥水库的水质监测的过程中，利用GPS在监测船上确定采样点准确的位置信息，经过水质化验分析后的结果，分类对水库各类水质监测结果绘制等值线图，直观的反映了各类物质对水库水质污染的规律，为科学的治理提供了重要的依据。
4、GPS应用展望
例如蓄滞洪区的测量及调查。蓄滞洪区是为了防洪减灾，雨洪资源化而建立的蓄水区域，准确的掌握蓄滞洪区的各种信息要素，对防洪减灾、雨洪资源化利用意义非常重大。利用传统的测量方式，准确的掌握蓄滞洪区的各种信息，难度非常大，而且时效性比较差。利用网络RTK测量技术，克服了常规RTK技术测量范围的限制，可以在网络RTK基站控制的范围内作业，高效地完成包括地貌、土壤、人口、经济、水利工程、管线等各类信息的采集，利用专业的处理软件，形成完善的蓄滞洪区信息系统的建立，为相关部门的决策提供科学的依据。在地下水应用方面，可以实时采集地下水监测井的井口和附近地面的高程，结合观测的地下水埋深，计算出地下水的水位信息，为分析地下水的迁移规律提供科学的保障。
5、结束语
随着信息技术的快速发展，特别是中欧“伽利略”合作的顺利开展，今后信息数据的采集将具有很强的实效性、准确的数据精度保障。有理由相信几年内信息技术的快速发展将直接影响到我们生活的方方面面。