趙本龍，李明然，曹曉彬

（1.河北省保定水文水資源勘測(cè)局，河北保定 071000；2.河北省邯鄲水文水資源勘測(cè)局，河北邯鄲 056000）

GPS在河湖普查中的應(yīng)用

趙本龍1，李明然1，曹曉彬2

（1.河北省保定水文水資源勘測(cè)局，河北保定 071000；2.河北省邯鄲水文水資源勘測(cè)局，河北邯鄲 056000）

GPS（Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)是美國(guó)研制使用的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，其技術(shù)應(yīng)用已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。在測(cè)量領(lǐng)域中，GPS已廣泛用于大地測(cè)量、工程測(cè)量以及地形測(cè)量等多個(gè)方面。本文將以河湖普查中采集水文站、水位站和河源河口地理坐標(biāo)等為例，概略敘述GPS在河湖普查中的應(yīng)用。

GPS定位系統(tǒng)；河湖普查；應(yīng)用

河流的河源、河口位置及地理坐標(biāo)和水文站、水位站及各測(cè)驗(yàn)斷面位置，是國(guó)家基本地理信息數(shù)據(jù)。河湖普查［1－3］工作的重要內(nèi)容之一就是采集水文站、水位站及各測(cè)驗(yàn)斷面的地理坐標(biāo)信息，判斷和確定河流的河源、河口位置及坐標(biāo)。保定地區(qū)共有16處水文站和6處水位站，水位觀測(cè)斷面和歷史洪水?dāng)嗝婀?4處。本地區(qū)內(nèi)河流在普查標(biāo)準(zhǔn)（流域面積大于50 km2，下同）以上有174條，其中山地河流71條，平原區(qū)河流93條，混合型河流10條。河湖普查中填表項(xiàng)目中水文站、水位站及各測(cè)驗(yàn)斷面的地理位置及坐標(biāo)是通過(guò)外業(yè)調(diào)查獲取的，這些內(nèi)容是必須進(jìn)行外業(yè)調(diào)查。按照國(guó)務(wù)院第一次水利普查辦公室河湖工作組的要求“對(duì)本區(qū)域內(nèi)一定數(shù)量的（不低于5條）、具備現(xiàn)場(chǎng)查勘條件的、主要的河流進(jìn)行外業(yè)實(shí)地查勘工作”。針對(duì)保定地區(qū)部分河流的河源、河口位置和平原區(qū)河流走向內(nèi)業(yè)不能確定或者存在疑問(wèn)，進(jìn)行了外業(yè)調(diào)查。

河湖普查外業(yè)調(diào)查工作是通過(guò)手持GPS完成的，采用南方公司最新的750G2型儀器進(jìn)行作業(yè)。GPS方法確定地理坐標(biāo)便捷、準(zhǔn)確，采集的數(shù)據(jù)彌補(bǔ)了河湖普查內(nèi)業(yè)水系提取的不足，為河流的河源、河口位置和河流走勢(shì)的綜合評(píng)判提供第一手資料。

2 GPS全球定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介［4］

全球定位系統(tǒng)（GPS）是20世紀(jì)70年代由研制的空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。這是一個(gè)由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)，可以保證在任意時(shí)刻，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度，以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時(shí)等功能。

2.1 GPS的組成

GPS全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星群、地面控制系統(tǒng)和用戶設(shè)備三部分組成。

（1）空間衛(wèi)星群。GPS的空間衛(wèi)星群由24顆高約20萬(wàn)km的GPS衛(wèi)星群組成，并均勻分布在6個(gè)軌道面上，可以保證在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)地平線以上可以接收4～11顆GPS衛(wèi)星發(fā)送出的信號(hào)，并能保持良好定位解算精度的幾何圖象。

（2）地面控制系統(tǒng)。GPS的地面控制系統(tǒng)由1個(gè)主控站、3個(gè)地面控制站和5個(gè)全球監(jiān)測(cè)站組成。

（3）用戶設(shè)備部分。用戶設(shè)備部分即GPS信號(hào)接收機(jī)，接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。接收機(jī)中的微處理計(jì)算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。

2.2 GPS的工作原理

根據(jù)測(cè)量學(xué)中距離交會(huì)確定點(diǎn)位的方法，GPS定位原理［5］也是利用測(cè)距交會(huì)的原理確定點(diǎn)位。雖然用于激光測(cè)距的衛(wèi)星是在不停地運(yùn)動(dòng)中，但總可以利用固定于地面上三個(gè)已知點(diǎn)上的衛(wèi)星激光測(cè)距儀同時(shí)測(cè)定某一時(shí)刻至衛(wèi)星的空間距離，應(yīng)用測(cè)距交會(huì)的原理便可確定該時(shí)刻衛(wèi)星的空間位置。如此，可以確定三個(gè)已上衛(wèi)星的空間位置。如果在第四個(gè)地面點(diǎn)（坐標(biāo)未知）也有一臺(tái)衛(wèi)星激光測(cè)距儀同時(shí)參與測(cè)定了該點(diǎn)至三個(gè)衛(wèi)星的空間距離，則利用所測(cè)定的三個(gè)衛(wèi)星的空間距離可以交會(huì)出該地面點(diǎn)的位置。將無(wú)線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)從地面搬到衛(wèi)星上，組成一個(gè)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，應(yīng)用無(wú)線電測(cè)距交會(huì)的原理，便可由三個(gè)以上地面已知點(diǎn)（控制站）交會(huì)出衛(wèi)星的位置，反之利用三個(gè)以上衛(wèi)星的已知空間位置又可交會(huì)出地面未知點(diǎn)（用戶接收機(jī)）的位置，這便是GPS測(cè)量的基本原理

2.3 GPS的技術(shù)特點(diǎn)

相對(duì)于常規(guī)的測(cè)量方法來(lái)講，用GPS進(jìn)行測(cè)量有以下特點(diǎn)。

（1）定位精度高。750G2型手持機(jī)定位精度達(dá)到亞米級(jí)。

（2）觀測(cè)時(shí)間短。隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15 km以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間只需1～2 min，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)只需幾秒鐘。

（3）測(cè)站間無(wú)須通視。GPS測(cè)量不要求測(cè)站之間互相通視，只需測(cè)站上空開(kāi)闊即可。

（4）可提供三維坐標(biāo)。經(jīng)典大地測(cè)量將平面與高程采用不同方法分別施測(cè)。GPS可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

（5）操作簡(jiǎn)便。隨著GPS接收機(jī)不斷改進(jìn)，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，有的已達(dá)“傻瓜化”的程度；接收機(jī)的體積越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕，極大地減輕測(cè)量工作者的工作緊張程度和勞動(dòng)強(qiáng)度，使野外工作變得輕松愉快。

（6）天候作業(yè)。目前GPS觀測(cè)可在一天24小時(shí)內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行，不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等氣候的影響。

3 GPS在河湖普查中的應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)采集

利用750G2手持式GPS進(jìn)行外業(yè)地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)的采集［6］，其主要工作步驟如下：

（1）開(kāi)機(jī)后啟動(dòng)HandStar，在主菜單里選擇工程，二級(jí)菜單中選擇新建工程，命名工程名稱，工程名稱一般定義為當(dāng)天日期和地點(diǎn)；

（2）在配置選項(xiàng)中進(jìn)行記錄設(shè)置、GPS設(shè)置、實(shí)時(shí)設(shè)置和坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置等內(nèi)容，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行符合當(dāng)?shù)販y(cè)量的設(shè)置；

（3）在狀態(tài)選項(xiàng)中，當(dāng)衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到6顆及以上且最大標(biāo)準(zhǔn)殘差小于1時(shí)，按下“ENT”鍵，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，此時(shí)采集的數(shù)據(jù)精度較好，能夠達(dá)到厘米級(jí)；

（4）數(shù)據(jù)采集之后，按照點(diǎn)類要素的類型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存；

（5）保存數(shù)據(jù)完成后，進(jìn)入下一個(gè)作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

3.2 數(shù)據(jù)輸出

通過(guò)專用的數(shù)據(jù)線將手簿連接到電腦上，在Windows XP（含）系統(tǒng)以下的電腦需要安裝驅(qū)動(dòng)之后才能進(jìn)行連接，Windows 7（含）系統(tǒng)以上的電腦可以直接連接。找到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的位置，將其復(fù)制出來(lái)即可。之后對(duì)復(fù)制出來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，數(shù)據(jù)是以文本格式存儲(chǔ)的，里邊的內(nèi)容很多，我們僅選取我們需要的地理坐標(biāo)等信息即可，其余的可以刪除。地理坐標(biāo)的信息為＊＊.＊＊＊＊＊°的格式，在需要的時(shí)候可以將其轉(zhuǎn)換成＊＊°＊＊′＊＊.＊″的格式。

4 應(yīng)用實(shí)例

河湖普查中要求填寫水文站和水位站情況普查表與實(shí)測(cè)和調(diào)查最大洪水情況普查表，其中測(cè)站地點(diǎn)和歷史洪水?dāng)嗝嫖恢玫淖鴺?biāo)需外業(yè)采集獲??；還有就是部分河流在河湖普查中內(nèi)業(yè)不能確定，對(duì)河流的河源、河口位置和走向有疑義的河流進(jìn)行外業(yè)調(diào)查工作。

2011年4～5月份，保定河湖普查工作組利用GPS完成保定水文局所屬的16處水文站、6處水位站位置以及各站歷史洪水?dāng)嗝婀?4處的地理坐標(biāo)采集工作，并搜集各站站房和測(cè)驗(yàn)斷面的圖像資料，對(duì)采集的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理、填報(bào)和上報(bào)工作。2012年1月初，開(kāi)始河湖特征清查外業(yè)查勘復(fù)核工作，對(duì)內(nèi)業(yè)無(wú)法準(zhǔn)確判別的河源、河口、河流走向等進(jìn)行外業(yè)調(diào)查，主要涉及拒馬河河源、入白洋淀8條河流（白溝引河、萍河、瀑河、漕河、府河、唐河、孝義河與潴龍河）河口以及平原水網(wǎng)區(qū)部分河流走向確定等內(nèi)容。通過(guò)河湖普查外業(yè)查勘和內(nèi)業(yè)分析，提出了河流河源、河口的位置以及河流走向的界定建議。

5 結(jié)語(yǔ)

利用GPS采集的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，為河湖普查普的填表上報(bào)工作提供了真實(shí)的數(shù)據(jù)，也對(duì)原有水文站、水位站的地理坐標(biāo)進(jìn)行了修正，對(duì)部分河流河源、河口的地理坐標(biāo)進(jìn)行了補(bǔ)充。目前GPS已經(jīng)開(kāi)始深入水文工作中，除了水文站、水位站地理坐標(biāo)的采集，在引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)位置標(biāo)定、抗洪搶險(xiǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、河道地形測(cè)量、湖泊水下地形測(cè)量、流量測(cè)驗(yàn)等方面得到了廣泛地應(yīng)用，但如何將此技術(shù)應(yīng)用于水文情報(bào)采集、預(yù)報(bào)、傳輸將是今后研討的一個(gè)重要課題及方向。

［1］ 中華人民共和國(guó)水利部水文司.水文普通測(cè)量規(guī)范［S］.北京：中國(guó)水利電力出版社，1993，12－15.

［2］ 國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)水利普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.水利普查總體方案［S］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2010：45－48.

［3］ 國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)水利普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.河湖基本情況普查［S］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2010：120－123.

［4］ 徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng)，等.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用［M］.武漢：武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，2000：4－20.

［5］ 韓艷麗.GPS在水文大斷面測(cè)量中的應(yīng)用［J］.中國(guó)西部科技，2009（19）：55－56.

［6］ 張文培.GPS及其在水文工作中的應(yīng)用［J］.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（3）：33－34.

Application of GPS in Greneral Survey of Rivers and Lakes

ZHAO Ben－long1，LI Ming－ran1，CAO Xiao－bin2
（1.Baoding Bureau of Hydrology and Water Resources Survey，071000，Baoding，Hebei，China；2.Handan Bureau of Hydrology and Water Resources Survey，056000，Handan，Hebei，China）

GPS（Global Positioning System）is a satellite navigation and positioning system which is developed in USA.The technology has been applied in many fields of national economy.In the field of measurement，GPS has been widely used in many aspects of geodetic survey，engineering survey and topographic survey.Taking the acquisition of the geographical coordinates of hydrological station，gauging station，the source of the river and estuary in the census of rivers and lakes as an example，the paper describes briefly the application of GPS in the general survey of rivers and lakes.

global positioning system；general survey of rivers and lakes；application

郝海森）

TV211

A

1008－3782（2014）01－0051－03

2013－01－10

趙本龍（1980－），男，河北省唐山市人，河北省保定水文水資源勘測(cè)局工程師。