GPS功能在水土保持工程规划设计中的应用

　　摘要:全球定位系统GPS(GlobalPositionSys—tem)是由美国在20世纪70年代开始研制的卫星导航和定位系统,从诞生以来,就以其强大的功能和实用的技术而被各行各业广泛应用,人们将其与遥感技术(RS)和地理信息系统(GIS)合称为3S技术’随着RS和GIS集成技术的深化,GPS在水土保持中的应用将更加广泛和深入。
　　关键词:GPS水土保持；综合调查；工程规划设计
　　1GPS功能简介
　　GPS的功能非常强大,虽然不同厂家生产的GPS的功能不同,但常见的主要功能有以下几种。
　　1.1路标(Waypoint)功能
　　把某点的位置(英文叫PositionFix,包括一个点的三维坐标)记入GPS的内存。这个点可以是所经过的点,也可以是输入的坐标。
　　一般还可为这点起个若干字母的名字。
　　1.2路线(Route)功能
　　路线由起点、终点和若干中间点组成。任两点间的一段叫做一条腿(Leg),一条路线可由若干条腿组成。这些点可以在地图上查出预先输入,也可以边走边记。
　　1.3方向(Heading)功能
　　在运动时指明运动方向,GPS开机时,每1～2s更新一次地点坐标,它可依此计算出前进方向。
　　1.4速度(Speed)功能
　　类似方向,给出速度。
　　1.5导向(Bearing)功能
　　给出你所在地点到某一路标点的前进方向,一般是显示从正北方向顺时针的角度数。
　　1.6追踪(Pbttrail)功能
　　以一定的采样时间间隔(可调)记载运动轨迹,这项功能在没有地图或明确路线以及需要按原路返回的行动中极为有用。
　　1.7计算机上/下载数据
　　通过专用连线与软件,GPS可与计算机连接,可在计算机上安排、分析路线,在GPS间交换数据。
　　1.8地图功能
　　高档GPS可存贮一定区域的地图,在显示位置数据的同时,直观地显示你在地图上的位置。
　　2GPS的特点
　　GPS之所以备受社会各界的青睐,主要因为它是当今世界上最先进的导航定位系统,具有定位快、全时域、全天候、高动态等特点。
　　(1)全球地面连续覆盖,24颗均匀分布的卫星保证地面上任何地点、任何时刻最少可以接收4颗以上的卫星信号,最多可以接收11颗卫星信号,从而保障全球全天候连续、实时、动态导航和定位。
　　(2)功能多,精度高,定位速度快,可为各类用户连续提供动态目标的三维位置、三维航速和时间信息。
　　(3)操作简单,观测简便,抗干扰性能好。由于两观测点间不需通视,大大减少了建立砚标的工作量。
　　3GPS在水土保持中的应用
　　3.1GPS在水土保持综合调查中的应用
　　在水土保持综合调查中,小斑勾绘和小斑地形、地面坡度、典型样点水土流失状况及小斑面积等是最基本的调查内容,以往取得这些数据主要依靠外业常规测量或借助地形图资料,这样不仅费时费钱,而且往往所采用的地形图资料不一定能反映最新地形地貌状况,而利用GPS定位技术则很容易完成图斑的现场跟踪、勾绘和样点侵蚀量的调查及坡度量测工作。具体做法是应用GPS中的RTK技术,在某已知点或明显地物点上(该作业尽量设在作业区的中心位置)架设1台基站,用流动站跟踪图斑,并赋图斑属性代码。经室内处理,可得到精度较高的三维土地利用图。用GPS测出坡面或沟道上下游两点的三维坐标,解算出两点间的距离和高差,可求得坡度和沟道比降等指标。
　　3.2GPS在水土保持工程规划设计中的应用
　　3.2.1在淤地坝、拦沙坝、土谷坊等水土保持工程规划中，利用GPS测出坝址处地形地貌特征点的坐标数据,通过处理后并利用相关软件编制成数字地面模型,再用计算机辅助设计软件完成工程设计。用这种方法进行工程设计,不仅自动化程度比较高,而且可提供多种方案进行比较,对设计结果进行修改也相当方便。
　　3.2.2在梯田规划设计中可以利用GPS测量出地面坡度、坡向和坡长及其变化等指标并确定开挖线,从而计算土方量和用工量等定额。
　　3.2.3GPS定位技术在水土保持工程的施工放样中的应用。根据精度要求的不同,可采用不同的方法。梯田、造林地、牧草地等水保措施放样精度一般要求比较低,用相对精度好一点的手持GPS接收机就可完成,操作非常方便,像手持罗盘仪一样,在地头走动,寻找待定点坐标完成定位。小型水利水保工程施工放样可应用GPS的RTK或RTD技术,基站安设在一已知点上,预先将待定点坐标输入流动站手簿,手持GPS流动站天线,按手簿上提示的方向寻找,很快就可找到待定点坐标。用同样方法确定一系列点,由这些点可以连成开挖线,确定开挖面。
　　3.3GPS在水土流失动态监测中的应用
　　应用GPS对自然水土流失的监测可分成两个层次:(1)在宏观方面,针对大流域或一个区域可建立GPS控制网,在控制网的基础上,进行像控点测量,为航空遥感像片的定向提供加密点,这样有利于区域内水土流失和土地利用信息的采集和提取;(2)在微观方面,针对坡面、沟头和沟底可利用GPS技术监测坡面地形变化、沟头前进和沟底下切速度、沟缘线后退速度,甚至可以监测典型样点水土流失量(流失厚度),包括崩塌、滑坡及堆积。对人为水土流失监测,不仅可以定期观测开挖面、堆积面的变化情况,而且可用GPS现场测量挖填土方量、堆积量和弃土弃渣量。此外,还可用GPS在最短时间内比较准确地确定开荒、毁林及破坏水土保持设施的数量、面积等。具体应用方法如下。
　　3.3.1自然水土流失监测。首先选定监测区域,收集监测区域有关资料(包括国家三角点、GPS点资料),根据区域大小,按GPS网络规范要求进行GPS控制网设计;其次进行野外选点、造标、埋石和控制点观测;最后通过内业量算、平差,得到GPS控制网,作为动态监测的基础。在控制网的基础上,根据宏观和微观监测的不同需求,采用不同的监测方法:
　　(1)宏观监测:在TM影像上找出明显地物点,基于已建立的控制网进行外业观测,求出一系列地物点坐标,作为TM影像几何纠正的依据,用于宏观区域水土流失动态监测;根据航测成图的要求,选一部分地物区域水土流失动态监测;根据航测成图的要求,选一部分地物特征点,经GPS外业观测,求出点的三维坐标,作为像控制点坐标,建立立体模型,采集有关数据,用于进行重点区域的监测。
　　(2)微观监测:采用GPS的RTK实时动态技术,把GPS的基站放在已建控制网的某已知点上,流动站沿沟缘线、峁边线、沟底线、沟头连续采集点的坐标,绘制出三维曲线,作为动态监测的基础,定期用同样方法观测,比较其变化情况也可以与以前的航片、地形图或野外实测的曲线比较变化情况。若用计算机处理,可以得出比较精确的变化量。

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