GPS技术在水文监测中的应用

周莺　李兰兰

摘 要：随着各种新技术的层出不穷，全球卫星定位技术也得到了前所未有的发展与进步，并被广泛应用于各个领域，尤其在水文工程监测中发挥了重要作用。基于此，本文首先分析水文监测的重要性和必要性，然后阐述传统水文监测方法和GPS检测技术的优越性，最后探讨GPS技术在水文监测中的应用，以期为相关学者的研究提供参考。

关键词：水文监测；GPS；应用

中图分类号：P228.4；P332 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）04-0093-02

Application of GPS Technology in Hydrological Engineering Monitoring

ZHOU Ying LI Lanlan

（Xinxiang Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Xinxiang Henan 453000）

Abstract ： With the emergence of various new technologies， global positioning technology has also made unprecedented development and progress， and has been widely applied in various fields， especially in hydrological engineering monitoring. Based on this， this paper first analyzed the importance and necessity of hydrological monitoring， then expounded the superiority of traditional hydrological monitoring methods and GPS detection technology， and finally discussed the application of GPS technology in hydrological monitoring， in order to provide reference for relevant scholars.

Keywords： hydrological monitoring；GPS；application

1 水文監测的重要性和必要性

水是人类不可或缺的重要自然资源，如果没有水，人类也将无法生存。我国是水资源短缺的国家之一，随着工业进程的不断推进，水资源短缺问题进一步凸显，而这使得监测新的水文环境成为有关部门需要重点研究的问题。传统的水文监测工作一般都是以降水量、蒸发量、地表和地下径流作为主要监测对象，而水资源监测的重点是人类对地下水、地表水及空中水的抽取情况，以及对这三种水所造成的污染状况进行监测分析。根据监测所得的数据，对水资源进行评价，进而预测出未来一段时期水资源的变化趋势，为水资源的开发利用提供依据。GPS是一个中距离圆型轨道卫星导航系统，可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位。目前，其在水文水资源监测中得到了广泛的应用。

2 传统的水文监测方法

传统的水文监测方法主要分为人工监测和自动监测两种。其中，人工监测主要采用的是人工观测的方式观察水文变化，并对数据进行整理和传输。该方式具有以下缺点：其一，数据处理基本依靠人工，费时易错；其二，水文信息的采集、整理、传输的实时性和准确性较差。自动监测技术是目前较为常用的水文监测手段，对水位监测主要采用浮子式水位计、压力式水位计等，比传统的人工监测有了较大提升，自动化程度高，但也存在较大局限性：电类传感器易受电磁干扰，运行不稳定；数据传输采用中国移动无线传输，在偏远地区，信号较差[1]。

3 GPS检测技术的优越性

GPS系统起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通信等。

GPS检测方法是在使用的过程中利用GPS卫星收集信息，测量用户接收卫星的距离，收集数据，进一步提供准确的位置信息等。整个工作过程需要明确定位卫星的精确位置、用户与卫星之间的距离，工作过程是由卫星信号传送到用户的卫星接收机上，整个过程需要花费一定的时间。

GPS信号有两种伪随机码，分别是提供给民用的C/A码和供军事应用的P码。其中，C/A码以1.023MHz的频率调制在L1载波上，P码以10.23MHz的频率调制在L1和L2载波上。在地球上，用户通过接收机终端接收GPS卫星发射的导航信号，借鉴终端用户的时间，通过卫星的时间和他们的手表比较之后，可以确定卫星终端接收字符串之间的距离，然后利用通信导航数据可以计算发射卫星的位置和导航时间。由此，就可以确定在地球坐标系中用户的精确位置。目前，GPS卫星数量达到24个，其全球覆盖率达到98%以上，基本可以保证在任何时间和地点同时接收到4颗以上GPS卫星观测信号，从而向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息。另外，许多GPS系统可以在几分钟甚至几秒钟实现精确定位。利用GPS技术建立网络管理将会大大提高水文水资源观察效率。GPS接收机是整个监测设备的重要组成部分，其功能、性能都在不断完善。当使用GPS作业时，只需一定数量的安装观测仪的员工和少量天线高度观察员工，不需要其他专业技术人员，大大降低了劳动强度及财力和物力消耗。

GPS在水下地形监测过程中的主要任务是完成水下位置的导航定位和测量。因此，在实际测量过程中，测绘尺度和精度成为选择GPS的主要参考指标。在地下水监测过程中，测量设备是依靠声呐测深仪来达到水深测量的目的，测量仪器的精度和测量误差的大小与测量深度、水温有直接关系，与测量区域无关。所以，当选择测量仪器时，应根据测区的实际情况进行选择。目前，水下地形测量的GPS接收机可分为差分型和非同步差分型两种。多种类型的设备选择满足了连续导航水下作业等工程的需要。如果水下测量范围较大，可选择非同步差分型的GPS接收机[2]。

4 GPS技术在水文水位监测过程中的应用

为了解决传统水位观测过程中存在的问题，研究人员采用集成的方法将GPS集成到监测系统中，以提高监测范围，削弱传统监测方法对监测数据准确性的干扰。利用该方法，只需要将GPS接收器放置在测量区域附近，即可有效完成监测工作。在测量开始之前，需要准确定位监测位置，并建立坐标，根据数值确定参考系统，系统会自动进入不同的操作模式。需要移动台测量的工程，移動台位置的GPS接收器的天线应该安装在水面和测量GPS天线的几何中心位置，GPS通过天线和确定的表面水位来获得水的实际高度。测量水位的过程中，一般依据国家“85”海拔标准。因此，在实际应用过程中，必须把地球高程转换为国家“85”高度，这个过程可以使用转换模型，在计算机编写中，及时提取出高程数据，并且在测量模型的帮助下，测得当地的水位。为了保证测量的准确性，水位数据通常要经过滤波处理。因此，应该建立一种滤波模型，在此模型中，采用渐进算法来消除外界因素对水位观测结果的影响。此外，在计算机中也可以安装过滤器模型和软件，以获取实时水位数据，并进一步确保其结果的准确性[3]。

在实际应用中，当计算机接收GPS卫星的水位数据时，数据实时传输到监控中心，这使整个传输过程可以通过手机上的GPS通信模块完成。GPS卫星定位系统有效解决了过去定位河道难度大的问题。在GPS监测技术的帮助下，监测到的峰值水文数据可以在一定程度上提高水文操作的效率。在水质监测方面，各采样点的水位数据、水质污染程度和采样点坐标可由河流、湖泊、海洋的采样工作者利用GPS技术快速确定。将采集到的数据信息和水质监测结果纳入动态监测地图中，可以反映水质污染、污染区域、污染物扩散方向等问题，为有效管理水资源提供了可靠的依据。当水位数据通过GPS模块发送出去时，监测中心需要实时接收这些数据。

在未来的水文监测过程中，可以通过GPS接收单元接收这些数据，中央处理器负责存储和管理接收的水位数据。我们可以通过编写相关软件程序实现对现场观测单元的监测和管理，从而达到对现场观测单元智能控制的目的。

5 结语

GPS技术在水文和水资源中的应用，可以为水文和水资源监测提供更实时、全面、准确的定位帮助，提高水文和水资源监测效率。因此，在水文监测中，要合理使用GPS技术。

参考文献：

[1]徐飞.GPS在水文河道地形测量中的应用探讨[J].技术与应用，2016（21）：65-66.

[2]耿毅.遥感技术在水文水资源方面的应用及进展[J].河南科技，2015（15）：8-9.

[3]廖玮灿.GPS技术在水文水资源监测方面的应用[J].河南科技，2015（16）：20-21.