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GPS在小流域調查中的應用

09-03 12:57:22  瀏覽次數:908次  欄目:水利水電工程
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  1、GPS簡介

  GPS(GlobalPositioningSystem)又稱全球定位系統,是美國從20世紀70年代開始研制,歷時20年,耗資200億美元,于上世紀九十年代建成,具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。經過近10年在我國多部門的使用表明,GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點,贏得廣大科技工作者的信賴,并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監測、工程變形監測、資源勘察、地球動力學等多種學科。在不久的將來,它必將給測繪領域帶來一場深刻的技術革命。

  隨著全球定位系統的不斷改進,硬、軟件的不斷完善,應用領域正在不斷地開拓,目前已遍及國民經濟各個部門,并開始逐步深入人們的日常生活。

  1.1GPS系統的組成

  GPS由三個獨立的部分組成:

  空間部分:21顆工作衛星,3顆備用衛星。

  地面支撐系統:1個主控站,3個注入站,5個監測站。

  用戶設備部分(GPS接收機):接收衛星發射的信號,以獲得必要的導航和定位信息,經數據處理,完成導航和定位工作。GPS接收機硬件一般由主機、天線和電源組成。

  1.2GPS系統的特點:

  全球、全天候工作:能為用戶提供連續、實時的三維位置、三維速度和精密時間,不受天氣的影響。

  定位精度高:單機定位精度優于10m,采用差分定位,精度可達cm級和mm級。

  功能多、應用廣:隨著人們對GPS認識的加深,GPS不僅在測量、導航、測速、測時等方面得到更廣泛的應用,而且其應用領域正在不斷擴大。

  2、流域概況

  上東峪小流域位于平山縣蘇家莊鄉,東經114°00ˊ00″~114°02ˊ51″,北緯38°22ˊ57″~38°24ˊ12″,西與崗南水庫相鄰,距離平山縣城35km,距革命圣地—西柏坡18km,屬海河流域子牙河系滹沱河支流,流域面積4.40km2.現有人口1022人,勞動力433個,人口密度232人/km2,人口自然增長率6‰。現有土地面積440.35hm2,其中農地122.13hm2,林地55.00hm2,荒坡地217.34hm2,其它非生產用地4.67hm2,尚未利用土地41.21hm2.2002年國民生產總值為213.52萬元,其中農業收入35.31萬元,林果收入7.26萬元,牧業收入40.88萬元,副業收入130.00萬元,人均產值2089元。現有輕度以上水土流失面積3.67km2,占總面積的83.40%,多年平均侵蝕模數為2073t/km2/a,年土壤侵蝕量為7300t.流失的土壤及土壤中所含的有機物都隨洪水進入崗南水庫。

  崗南水庫位于河北省石家莊市上游90km處,和黃壁莊水庫一道擔負著保護石家莊市及下游地區防洪安全和提供生活和工農業用水的重任,上東峪小流域位于崗南水庫上游。近年來,隨著流域內人口的急劇增長和對植被的嚴重破壞,流域內水土流失日益嚴重,農藥化肥的大量使用,從流域進入崗南水庫的水質也日趨惡化,洪水挾帶的泥沙對水庫的淤積也日益嚴重。這對下游的防洪安全及生活、生產用水造成極大的威脅。為從根本上解決流域水土流失對水庫的淤積及水質惡化的問題,必須對流域進行全面綜合調查,并以此為基礎進行綜合治理。

  3、GPS在現場調查中的應用

  上東峪小流域綜合治理以增加植被覆蓋度、減少水土流失、提高土地生產力、發展經濟、改善流域內居民生產生活條件、改善入庫水質、減少入庫泥沙為目的。在走訪了流域內的政府部門及群眾后,結合流域所處的地理位置和資源條件,制定出了上東峪小流域發展的方向和目標,以此為依據進行土地利用現狀、現有工程措施的位置、工程發揮的作用進行調查,在調查的基礎上進行小流域土地利用規劃和水土保持生態工程總體布局規劃。

  3.1準備工作

  在充分熟悉上東峪小流域地形圖的基礎上,制定出調查測量路線,以地形圖為基礎,每2人1組,利用GPS的導航及定位功能進行地塊現場調查、現有水土保持工程位置測量和擬建水土保持工程位置勘測。

  對不同的土地利用現狀進行編碼,對同一種利用現狀進行順序編號,并做好對應記錄。

  對不同的溝道尤其是較大的支溝、主溝、水土流失嚴重的溝道進行標注,作好記錄。

  對不同的溝道工程措施如谷坊和攔沙壩等,依新修和改建進行相應編碼,在實際測量中按序進行編號。

  根據調查內容及調查人員分組情況選定調查、測量路線。

  根據已有的水土保持現場勘察經驗,提出遇到不同情況作出相應的現場解決辦法,仍不能解決的通過電話聯系解決直至返回駐地協商解決。

  3.2現場調查

  現場調查主要包括地塊調查和水土保持生態工程調查兩大部分(包括已建和擬建)。在進行地塊調查的時候,以地塊的利用現狀為基礎,1人手持GPS沿地塊邊界繞行一周,在繞行的過程中利用GPS隨時將航點保存到航線,不同利用現狀的地塊保存為對應地塊編碼的航線,并按順序進行編號,在地塊的轉折處和地形復雜的部位增加航點數量,在曲線平滑的部位可以適當減少航點保存數量。另1人在GPS編碼、編號的基礎上作好相應的記錄。同時對這一地塊的地貌部位、植被種類、覆蓋度、土壤種類、土層深度、坡度、坡向、現有水土保持措施、水土流失狀況進行等信息作好收集、記錄。

  在地塊調查的過程中,同時對溝道工程的種類及布置點進行測量記錄。由GPS測出工程地址的位置、高程、工程長度等數據,依不同的工程類型按編碼及編號將數據保存到GPS中;另1人則進行工程布置點相應的溝道情況(坡度、溝道地面組成物質、基巖裸露情況、基巖風蝕情況等)、兩岸及上游局部(大致淹沒區)地區進行數據采集、記錄。

  3.3數據處理

  在上東峪小流域4.4km2的綜合調查中,根據現場調查結果及考慮當地居民的要求,共劃分出23個地塊、確定了35道谷坊的壩址、1座攔沙壩的壩址、5個水窖(集雨池)窖址、5座揚水站的水井、出水池位置及相應的工程規模。

  利用專用接口軟件,將GPS采集的數據用專用軟件轉換成arcview文件,利用arcview對采集的數據進行修改、編輯、輸出等處理。

  在現場調查測量的基礎上,利用調查測量的數據建立相應的數據庫,數據庫內容包括地塊面積、植被種類、覆蓋率、土層深度、水土流失現狀;攔沙壩和谷坊壩的壩址、壩長、壩高、控制面積、庫容;揚水站輸水能力、灌溉面積;水窖容積、匯水面積、灌溉面積等內容。

  4、GPS在流域綜合治理調查中的優勢

  現場調查及數據庫建立,總共用了4天時間。

  傳統的調查方法,先選路線,再踏勘,在踏勘的基礎上進行實地測量、勾繪,記錄,再建立數據庫。

  在另一條小流域初步設計階段的調查測量中,對一座小型閘門的地形測量及繪圖花費了6個人4天的時間。

  由此可見,應用GPS進行小流域綜合治理調查,優勢相當明顯。

  5、問題與建議

  兩個或多個相鄰地塊公共邊的測量,依作者多次的實際操作對比,測量一次與測量多次結果相差不大。據此,兩個或多個地塊的公共邊可只進行一次測量。

  在大面積的流域綜合治理調查中應用,效果更加明顯,建議在水土保持綜合治理,尤其是前期調查測量中進行大面積推廣應用。

  在現場調查、測量中未涉及道路的調查測量,在進行小流域綜合治理規劃、設計時可根據地形、施工、發展要求結合現有道路系統進行布設,需要的話,也可用GPS進行測量。

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