GNSS技术在水利行业的应用探析

GNSS主要作用是数据采集,具体来说就是对关注目标的精确定位。目前,没有任何一种传统的导航定位技术能够达到GNSS这样的高精度、高速度、全天候和全球性的性能。

水利信息70%以上与空间地理位置有关,以GNSS为代表的全新的卫星空间定位方法,是获取水利信息空间位置的必不可少的手段。GNSS在水利方面主要应用在防汛减灾、水文自动化测报与水资源实时监控、河道整治与滩区开发、水土保持监测与治理以及水利工程建设与安全监测等几个方面。

(1)防汛减灾。采用GNSS定位技术,可以精确地定位险情发生的地点,在配置了无线通话功能后,还可同时具备双向通话功能,实现现场和指挥中心的自由对话,方便进一步沟通以便随时作出应急反应。汛期,在大堤上巡查排险是非常必要的,以便及时发现管涌等险情隐患。当发现险情时,一般通过无线对讲机或附近的有线电话向防汛指挥部门汇报,这样往往耽误了抢险时间,而且对险情发生位置的描述也不够准确。而集成了GNSS技术和GSM 无线通讯技术的实时报警系统,能够快速地将发生险情的地点和险情类别发送到指挥中心的监控系统,及时作出反应。

在洪水灾害分析中,对水体识别、云影消除、面积计算、淹没水深计算、洪水进程分析、淹没损失评估及行洪障碍分析,蓄滞洪区的受灾程度等方面均可利用附近GNSS网点进行精密定位,采集数据并进行计算分析。

汛期防汛抢险物资的快速安全运输也是至关重要。现代无线通讯手段虽然可以实现车队与后方指挥中心的远距离通讯,但是却无法准确判断防汛物资和运输车队的实时状态,也就无法合理安排物资的调配方案。车辆监控系统利用GNSS设备接收定位卫星信号,将其编码后通过无线通讯系统,将定位信号传给监控调度中心,监控中心接到定位信号后,将移动的车辆和船只的位置在电子地图上实时显示出来。配合防汛物资仓库分布图、公路交通图、水系分布图、居民区分布图等电子地图信息,再利用GIS的网络分析功能,可以实现抢险物资的快速调拨分析以及避难人员的迁移路径分析。

(2)水文自动测报与水资源信息实时监控。在水文水资源测报上,可以利用GNSS网点作为参考站,即时进行冲淤量、工程量、库容及断面等各种计算,对水文信息进行分析研究。随着计算机、通讯卫星、GNSS、ADCP(声学多普勒流速剖面仪)、多波束测深系统、全站仪、河道测绘自动成图系统等的开发应用,使水文测报及河道观测不断向现代化迈进。GNSS结合ADCP 和多波束测深系统等的应用,逐步实现水文测报及河道观测的现代化进程。

GNSS在水资源实时监控系统中主要可以应用其定位和导航的作用。如各种测站、监测断面和取水口位置的测量。另外最新采用移动监测技术也应用GNSS技术,实时确定监测点的地理坐标,并把监测信息传输到控制中心,控制中心可以运用发回地理坐标确定监测点所在水系、河段及断面位置。这种方式可以大大提高贵重监测仪器(如水质监测仪器)的利用效率,同时也提高了系统灵活反映能力。(www.xing528.com)

(3)河道演变和滩区开发方面的应用。河道演变和河口区的演化规律的分析研究,是流域治理规划的重要基础工作。利用传统测绘手段耗资费力,GNSS技术提供了快速、高效的手段,可以取得高时效、高精度的基础数据。

例如,已完成的黄河小北干流GNSS网,对小北干流河道整治、滩区开发工作发挥了很大作用。黄河下游的GNSS网,对三门峡、河口和下游河道的演变研究、堤防建设等方面也发挥重要作用。

(4)水土保持和生态建设方面的应用。GNSS在水土保持和生态建设方面的应用发展很快,全国水土保持监测方案中明确要求,要在水土流失监测中,尤其是对地面监测,要充分利用GNSS定位技术,实现数据的实时采集和快速分析。目前,GNSS在这方面的应用主要包括:①水土生态工程规划设计;②水土保持工程施工放样;③水保生态建设竣工验收;④水土流失动态监测;⑤用于地理信息系统的建设和数据库更新。

GNSS在水保和生态建设方面的应用除了上述几方面之外,还可用于车辆导航、道路定位、工程标志定位、监测站与水文站定位及特征地物的定位等方面。

(5)GNSS技术在水利水电工程中的应用。GNSS技术在我国水利水电工程建设中已获得了一些应用,主要有以下几个方面:①水利工程地质测绘:数字化地图野外测绘是GIS获取数据源的手段之一,也是所有获取空间图形数据手段中相对精度较高的一种,也是未来地图的发展方向之一。数字化地形测图需要借助于GNSS 静态相对定位实现控制测量,为其细部测图提供依据。现已成熟的RTD GNSS 技术、RTK GNSS技术甚至基于事后处理的普通DGNSS技术都是数字野外测图的良好空间数据采集工具之一,能为GIS提供质量好、精度高的矢量数据,实现数字化地图的测候、补测、补绘和更新。②GNSS施工实时测控系统。③大区域水电工程GNSS监测网。④GNSS大坝安全监测系统。⑤水下GNSS测深等。

例如,在南水北调西线一期工程测绘中,黄河水利委员会水利水电设计院建立了贾曲河全长260km 区域的GNSS控制网,为西线一期工程做了部分大地坐标基础准备工作,这项工作如用常规方法是不可能在短时间内完成的。以GNSS为支持的自动化监测系统已经应用于长江三峡工程和小浪底大坝等大型水利工程的变形观测中。GNSS结合测深仪技术,已用于小浪底库区异重流的跟踪监测,取得宝贵的监测数据。