GPS在小流域調(diào)查中的應(yīng)用

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1、GPS簡介

　　GPS（GlobalPositioningSystem）又稱全球定位系統(tǒng)，是美國從20世紀(jì)70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于上世紀(jì)九十年代建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。經(jīng)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(diǎn)，贏得廣大科技工作者的信賴，并成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學(xué)等多種學(xué)科。在不久的將來，它必將給測繪領(lǐng)域帶來一場深刻的技術(shù)革命。

　　隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經(jīng)濟(jì)各個部門，并開始逐步深入人們的日常生活。

　　1.1GPS系統(tǒng)的組成

　　GPS由三個獨(dú)立的部分組成：

　　空間部分：21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星。

　　地面支撐系統(tǒng)：1個主控站，3個注入站，5個監(jiān)測站。

　　用戶設(shè)備部分（GPS接收機(jī)）：接收衛(wèi)星發(fā)射的信號，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。GPS接收機(jī)硬件一般由主機(jī)、天線和電源組成。

　　1.2GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)：

　　全球、全天候工作：能為用戶提供連續(xù)、實(shí)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(jī)定位精度優(yōu)于10m，采用差分定位，精度可達(dá)cm級和mm級。

　　功能多、應(yīng)用廣：隨著人們對GPS認(rèn)識的加深，GPS不僅在測量、導(dǎo)航、測速、測時等方面得到更廣泛的應(yīng)用，而且其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大。

　　2、流域概況

　　上東峪小流域位于平山縣蘇家莊鄉(xiāng)，東經(jīng)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(xiàn)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(xiàn)有土地面積440.35hm²，其中農(nóng)地122.13hm²，林地55.00hm²，荒坡地217.34hm²，其它非生產(chǎn)用地4.67hm²，尚未利用土地41.21hm².2002年國民生產(chǎn)總值為213.52萬元，其中農(nóng)業(yè)收入35.31萬元，林果收入7.26萬元，牧業(yè)收入40.88萬元，副業(yè)收入130.00萬元，人均產(chǎn)值2089元?，F(xiàn)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(shù)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(jī)物都隨洪水進(jìn)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(dān)負(fù)著保護(hù)石家莊市及下游地區(qū)防洪安全和提供生活和工農(nóng)業(yè)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(nèi)人口的急劇增長和對植被的嚴(yán)重破壞，流域內(nèi)水土流失日益嚴(yán)重，農(nóng)藥化肥的大量使用，從流域進(jìn)入崗南水庫的水質(zhì)也日趨惡化，洪水挾帶的泥沙對水庫的淤積也日益嚴(yán)重。這對下游的防洪安全及生活、生產(chǎn)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(zhì)惡化的問題，必須對流域進(jìn)行全面綜合調(diào)查，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行綜合治理。

　　3、GPS在現(xiàn)場調(diào)查中的應(yīng)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(chǎn)力、發(fā)展經(jīng)濟(jì)、改善流域內(nèi)居民生產(chǎn)生活條件、改善入庫水質(zhì)、減少入庫泥沙為目的。在走訪了流域內(nèi)的政府部門及群眾后，結(jié)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(fā)展的方向和目標(biāo)，以此為依據(jù)進(jìn)行土地利用現(xiàn)狀、現(xiàn)有工程措施的位置、工程發(fā)揮的作用進(jìn)行調(diào)查，在調(diào)查的基礎(chǔ)上進(jìn)行小流域土地利用規(guī)劃和水土保持生態(tài)工程總體布局規(guī)劃。

　　3.1準(zhǔn)備工作

　　在充分熟悉上東峪小流域地形圖的基礎(chǔ)上，制定出調(diào)查測量路線，以地形圖為基礎(chǔ)，每2人1組，利用GPS的導(dǎo)航及定位功能進(jìn)行地塊現(xiàn)場調(diào)查、現(xiàn)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(xiàn)狀進(jìn)行編碼，對同一種利用現(xiàn)狀進(jìn)行順序編號，并做好對應(yīng)記錄。

　　對不同的溝道尤其是較大的支溝、主溝、水土流失嚴(yán)重的溝道進(jìn)行標(biāo)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(jìn)行相應(yīng)編碼，在實(shí)際測量中按序進(jìn)行編號。

　　根據(jù)調(diào)查內(nèi)容及調(diào)查人員分組情況選定調(diào)查、測量路線。

　　根據(jù)已有的水土保持現(xiàn)場勘察經(jīng)驗(yàn)，提出遇到不同情況作出相應(yīng)的現(xiàn)場解決辦法，仍不能解決的通過電話聯(lián)系解決直至返回駐地協(xié)商解決。

　　3.2現(xiàn)場調(diào)查

　　現(xiàn)場調(diào)查主要包括地塊調(diào)查和水土保持生態(tài)工程調(diào)查兩大部分（包括已建和擬建）。在進(jìn)行地塊調(diào)查的時候，以地塊的利用現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，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(diǎn)保存到航線，不同利用現(xiàn)狀的地塊保存為對應(yīng)地塊編碼的航線，并按順序進(jìn)行編號，在地塊的轉(zhuǎn)折處和地形復(fù)雜的部位增加航點(diǎn)數(shù)量，在曲線平滑的部位可以適當(dāng)減少航點(diǎn)保存數(shù)量。另1人在GPS編碼、編號的基礎(chǔ)上作好相應(yīng)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(xiàn)有水土保持措施、水土流失狀況進(jìn)行等信息作好收集、記錄。

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

　　3.3數(shù)據(jù)處理

　　在上東峪小流域4.4km2的綜合調(diào)查中，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果及考慮當(dāng)?shù)鼐用竦囊?，共劃分?3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(yáng)水站的水井、出水池位置及相應(yīng)的工程規(guī)模。

　　利用專用接口軟件，將GPS采集的數(shù)據(jù)用專用軟件轉(zhuǎn)換成arcview文件，利用arcview對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、編輯、輸出等處理。

　　在現(xiàn)場調(diào)查測量的基礎(chǔ)上，利用調(diào)查測量的數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫內(nèi)容包括地塊面積、植被種類、覆蓋率、土層深度、水土流失現(xiàn)狀；攔沙壩和谷坊壩的壩址、壩長、壩高、控制面積、庫容；揚(yáng)水站輸水能力、灌溉面積；水窖容積、匯水面積、灌溉面積等內(nèi)容。

　　4、GPS在流域綜合治理調(diào)查中的優(yōu)勢

　　現(xiàn)場調(diào)查及數(shù)據(jù)庫建立，總共用了4天時間。

　　傳統(tǒng)的調(diào)查方法，先選路線，再踏勘，在踏勘的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)地測量、勾繪，記錄，再建立數(shù)據(jù)庫。

　　在另一條小流域初步設(shè)計(jì)階段的調(diào)查測量中，對一座小型閘門的地形測量及繪圖花費(fèi)了6個人4天的時間。

　　由此可見，應(yīng)用GPS進(jìn)行小流域綜合治理調(diào)查，優(yōu)勢相當(dāng)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(shí)際操作對比，測量一次與測量多次結(jié)果相差不大。據(jù)此，兩個或多個地塊的公共邊可只進(jìn)行一次測量。

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

　　在現(xiàn)場調(diào)查、測量中未涉及道路的調(diào)查測量，在進(jìn)行小流域綜合治理規(guī)劃、設(shè)計(jì)時可根據(jù)地形、施工、發(fā)展要求結(jié)合現(xiàn)有道路系統(tǒng)進(jìn)行布設(shè)，需要的話，也可用GPS進(jìn)行測量。