南方手持GPS在水利普查與水利工程勘測中的應用

2013-10-11 17:22:52

來源：南京君燦儀器設備有限公司

標簽：技術文章

開展全國水利普查是為了全面查清我國江河湖泊和水利工程的基本情況，系統掌握我國江河湖泊開發治理保護狀況，摸清經濟社會用水狀況，了解水利行業能力建設情況，建立國家基礎水信息平臺，為國家經濟社會發展提供可靠的基礎水信息支撐和保障。

水利普查中的測量工作

水利普查分以下四個階段進行：

一、前期準備階段；

二、清查登記階段；

三、填表上報階段；

四、成果發布階段。

如下圖1-1，是水利普查的第二階段，清查登記。清查登記的具體實時方案鍵下圖：

圖1-1 水利普查第二階段——清查登記

在第二階段，清查登記的過程中，必然涉及到外業調查，外業調查主要內容包括：調查河流湖泊的類型、數量、流域面積、位置及其分布；調查河流湖泊岸線的長度、分布；調查河流水文特征、類型和分布；調查河流湖泊的使用現狀、水資源災害調查、水資源利用調查和水資源可再生利用調查等三個方面。

河流湖泊范圍大、涉及面廣，同步性強的特點和其調查方法對測量手段提出的要求決定了當前河流湖泊普查的最優數據采集與定位方法必然是GPS衛星定位技術和遙感技術相結合的方式。具體的GPS衛星定位技術測量應用方案必須根據這一情況制定。

河流湖泊的勘測范圍廣，填圖比例尺大（主要在1：1萬和1：5萬），其調查方法與技術路線中的定位與數據采集方法具體歸納有如下：

對于有居民的河流湖泊區域：

1．對河流湖泊的沿岸線進行沿岸踏勘與填圖測量，尤其要用GPS進行沿岸觀測點與特征點的高精度定位靜態（含快速靜態）測量，以滿足遙感影像驗證、定位校正和幾何配準的規范要求。

2．用RTK系統配合測深儀進行水上和沿岸地形地貌的高精度測量，和水深的確定。

3．用DGPS定位手段進行河流湖泊的類型分布和水資源情況調查。

對于無居民的河流湖泊區域：

1．對于一般性無居民河流湖泊區域，在遙感的基礎上進行現場的踏勘填圖，采用DGPS對沿岸地物特征點、典型類型及界線、開發活動情況進行高精度定位，并滿足遙感影像驗證、定位校正和幾何配準的規范要求。

2．對于專項性無居民的流域除完成沿程勘測和填圖外還要求對特征基點進行DGPS測量及標記。

對以上河流湖泊普查的GPS測量方式進行分析、總結并結和具體的測量手段，可以把河流調查測量工作情況顯示如下表1-1所示：

序號	項目	測量工作內容	精度要求
1	河流湖泊沿線布設高精度的控制基點測量	根據調查區域內的河流湖泊分布，結合工作的具體情況布設永久性的河流測量基點，為其后的遙感像控點和水上測量小區域測量提供起算點，使用靜態與快速靜態模式。	達到國家控制測量的標準，點位高程精度在10-20厘米級。
2	水上測量與小區域測量	在控制點的基礎上完成的水上與小區域。使用RTK。	局部與小區域測量在10厘米。
3	手持機測量	進行無居民區域的像控測量與水資源分布、類型測量。	亞米級

表1-1水利普查測量工作分類表

從表1-1我們可以看出，水利普查外業對精度的需求最普遍的將會是亞米級，而目前市面上測量型手持GPS運用得最普遍的也是亞米級手持機，南方2011年推出的4款手持GPS（730、750、750G2、760），精度從米級到亞米級，甚至到分米級，完全符合水利普查的需求。而且，相對于RTK，南方手持GPS的使用有如下特點：

1、操作簡單。不同于RTK,南方手持GPS不需要每天架設基準站，甚至不需要每天進行校正，單機操作，軟件容易入手，原理容易理解，操作出現錯誤也容易查找原因，方便及時做出更正。

2、應用領域廣。不僅能用于水利普查，還適用于水利工程建設，水利設施勘測，更可以用于國土、林業、農業、電力、電信、石油管道等等多種方向。

3、可擴展性強，可供第三方軟件開發。南方那個手持GPS可用于多種GIS行業，那么就需要不同用途的GIS軟件，而南方手持GPS本身具有的可擴展性和智能性，能為各種GIS行業軟件開發者提供所需的良好硬件設備以及數據接入端口。

4、輕便、實用。眾所周知，RTK需要架設基準站和電臺，水利作業野外工作環境復雜，復雜沉重的設備無疑增加了外業人員的負擔，而使用南方手持GPS，能為外業人員帶來很多方便。

5、價格便宜。一臺南方手持GPS設備價格不到一臺RTK價格的一半。

綜上所述，水利普查相關部門可以根據需要購買對應的南方手持GPS以及所必須的最少數量的南方RTK，二者配套使用，來進行水利普查的外業工作，為進一步節省費用，建議可以用南方手持GPS兼用RTK手薄（南方手持GPS也具備這種功能），南方手持機內置GPS，還兼具獨立定位功能，野外作業者可以根據精度需求，結合實際情況，帶不同的設備進行野外作業。

運用南方手持GPS，能對不規則的待測區域及較大區域的面積，通過航測和采集特征點測量面積的方法來測量，沿著運行線路畫出一條軌跡，從而計算出該軌跡所圍區域的面積。提供坐標，實現水域面積測量成果可視化。在GI S地圖上數字化可視化顯示、編輯，一次測量成果滿足規劃、防洪決策、工程管理等多項目標需求，充分體現“ 一物多用，成本節約”的理念。

在水利普查中如何合理運用南方手持GPS

1、連接CORS站達到亞米級定位精度

現在，大多數城市或區域都建立有城市連續運行參考站網絡CORS系統，僅南方公司就在國內各區域已經建成有近600個CORS站（見圖1-2，南方CORS基站全國分布示意圖），當處于這些CORS的服務區域時，如使用者所在位置與CORS的距離在300km以內，既可使用南方手持GPS含有的內置GPRS網絡模塊（見右圖），放入普通的手機卡，既可連接最近的城市連續運行參考站CORS系統，既可以實時動態的達到小于1米的定位精度，這樣，完全滿足水利普查中的經緯度位置填圖精度要求。

圖1-2 南方CORS基站全國分布示意圖

2、中東部區域SBAS星站差分定位可達到1—3米（與區域相關）

若是普查區域所在的地附近，無連續運行參考站CORS可用，尤其是在一些山區、人煙稀少或經濟欠發達區域，CORS站點稀少，普查工作者無較近或滿足距離的CORS站可用。尤其一些區域，GPRS信號較為微弱，不方便連接CORS進行定位精度的提高或保證。這時，南方S750 G2提供自動接入SBAS星站差分衛星的功能，只需要單機開機，在中國中、東部可以自動接入SBAS的差分信號，使得平面位置的定位精度在1-3米之內，中國東部區域甚至可以達到亞米(CEP),既保證經緯度填圖精度的經度及緯度在0.1秒以內，這樣也完全滿足了水利普查要求中的定位精度。

圖1-3 SBAS衛星有效工作范圍示意圖

3、后差分技術

在中國西部的部分區域，距離SBAS的服務區域較遠，SBAS的時間可用性、信號強度及定位精度，會有一定程度的下降。而且目前西部區域城市連續運行參考站的數量有限，尤其西部山區及無人區域較多，GPRS手機信號盲區也較多，這樣，就不便于依靠連續運行參考站CORS及SBAS定位技術進行定位精度的提高及保證。此時，可以使用后差分技術。后差分技術類似于快速靜態，但操作時間短（幾秒鐘一個點），采集速度快，精度高（可達到亞米級）、操作方法簡單等特點。使用后差分，需要選擇使用支持后差分技術廠家所生產手持GPS設備。后差分工作的同時，其實也能產生實時差分的數據，在西北一些地區，實時差分數據沒有后差分解算后的數據精度高，但可供參考。后差分技術目前已運用得十分成熟，如圖1-4，是南方衛星導航后差分軟件解算數據的軟件界面，界面簡單，操作容易。

圖1-4 南方后差分軟件解算數據界面

4、西部使用PPP技術定位小于3米

在西部地區，還可以選擇帶有“精密單點定位”（PPP技術）功能的南方手持GPS進行定位，同樣只需要開機搜索衛星并自動解算，5-8分鐘之后，便可以實施作業，達到平面位置的精度在3米之內，既保證填圖精度的經緯度在0.1秒以內，也可以進行實時動態的定位。目前PPP技術還不夠成熟，測量界公認的高精度測量方式仍然是差分測量。PPP技術實時產生的數據無法達到亞米級精度，而且對衛星數據質量要求較高，需要初始化時間較長，所以如果對精度需求較高，在西北地區仍然建議使用后差分技術。

5、南方手持GPS的多媒體技術進行普查輔助

在水利普查工作較繁瑣及較多的外業普查信息中，還需要與大量的內頁工作進行匹配、疊加分析及綜合判斷。利用南方手持GPS的拍照、錄音等功能，可以增加在野外記錄信息的多種手段。如在野外對河湖區域景觀進行拍照、或在不方便使用手寫輸入功能時使用語音記錄功能。若需要在內業對外業普查成果進行核查確認時，可以啟動直觀、有效的輔助。