陈 玲

(新疆哈密水文勘测局，新疆 哈密 839000)



GPS-RTK技术在水文测量中的应用及误差分析

陈 玲

(新疆哈密水文勘测局，新疆 哈密 839000)

水文测量是一项系统性工作，为防洪防灾、水文监督及水资源保护等工作提供支撑，水文测量技术的选择与合理应用直接关系到水文测量的精度和质量。通过结合实例，探讨了GPS-RTK技术在水文测量中的具体运用，并对水文测量误差成因和控制方法进行阐述分析，明确了水文测量误差控制要点及GPS-RTK动态测量技术的优越性，对提升水文测量技术运用水平，提高相关水文测量精度和质量提供了借鉴参考。

水文测量误差；成因；测量技术运用；GPS-RTK

水文测量是一项系统性的工作，水文测量技术的选择与合理应用也关系到水文测量精度和质量，结合实际情况合理选择先进的测量技术，能提升测量技术精度。在测量的过程中不可避免的会受到外界因素影响，从而产生误差，如何有效的控制误差至关重要。本文简要研究分析了GPS-RTK水文测量技术运用及测量误差的相关问题。

1 水文测量中的GPS-RTK技术

合理选择和运用测量技术对于提升水文测量精度和质量有着积极的作用。水文测量技术众多，其中GPS-RTK技术是以GPS技术为基础发展而来的一种新兴测量技术，相较于传统测量技术来说，GPS-RTK技术优势明显。

1.1 GPS-RTK测量系统原理

在GPS-RTK测量系统测量原理如下：基准站GPS接收机连续观测GPS卫星，通过UHF超高频发射电台，能够将观测数据和基准站坐标、天线高程等基准信息发送至移动站[4]。移动站接收电台接收信息后，利用动态差分测量软件实时计算基准站信息和GPS卫星信息，以此为依据得出移动站相对于基准站的坐标差(△X、△Y、△H)和移动站实时位置坐标(X、Y、H)。GPS-RTK测量系统三维测量精度能够达到厘米计，在测程20km以内的三维定位精度能够达到1cm，有效避免了测量误差的出现。

1.2 GPS-RTK测量技术应用

1.2.1 地形测量

《水文巡测规范》中明确规定，在地形发生明显变化时要进行详细的地形测量，传统水文测量技术在地形测量中的应用往往需要2-3人来完成，而利用GPS-RTK技术测量能够去除布设控制点等工作环节，仅需1名有经验的工作人员即可完成测量工作，通过测图软件就可以实现对地形图的绘制，相较于传统水文测量技术来说，不仅节约了人力资源，同时有效提升了作业效率和测量精度[5]。如表1为孤山水位站地形测量中GPS-RTK技术与传统测量技术的比较。

表1 GPS-RTK技术与传统测量技术对比

1.2.2 大断面测量

钢尺、经纬仪、全站仪、水准仪等是水文测站大断面测量中经常采用的仪器，钢尺能够实现对测点间距离的丈量，经纬仪和全站仪能够有效确定测点的方位，而水准仪则能够实现对高程的测量。在整个测量过程中，每一种仪器工作都需要配备两名以上工作人员。需要注意的是，在大断面测量中，经常会遇到杂草灌木丛生、水面宽或断面有江心洲等复杂地形环境，利用上述仪器测量难度较大，不能保证测量效率和精度，而应用GPS-RTK实时动态测量技术则能够有效解决上述问题，只需要1位工作人员带上移动站，以测量流程为依据，将断面线输入到移动站内，对测点校核，之后根据GPS导航施测即可[6]。每一个测点都处于断面线之上，相较于传统测量技术来说，不仅测量精度较高，且测点密集数据量大，有效提升了大断面测量质量。

1.2.3 配合ADCP流量测验

一般来说，流量测量主要采用ADCP即声学多普勒流速剖面仪来进行测量，但受到河底走沙的影响，往往会出现测验误差，需要采用其他技术方法进行测量结果的修正。GPS-RTK技术的应用则能够解决上述问题，其能够提供实时动态数据，与ADCP相互配合，修正流量测验精度。如表2为某水文站流量测验精度对比情况，采用GPS-RTK测量技术大大降低了流量测验误差，保证了测量精度。

表2 某水文站采用与不采用GPS-RTK技术流量测验精度对比

2 水文测量误差分析

2.1 影响水文测量误差的因素

2.1.1 设备因素

水文测量设备使用不当或设备缺陷可能会导致测量误差产生。例如：水准尺弯曲会导致水文测量误差出现，水准仪视准轴与水准管轴不平行会形成系统误差等。

2.1.2 环境因素

水文测量大多在室外工作，会受到气温、湿度、地形等环境因素影响，从而出现误差。如温度变化会导致大气折光变化，影响水准管内液体温度，从而产生测量误差。

2.1.3 测量人员因素

测量人员专业水平不高、操作不规范等会影响测量精度。例如：在实际水文测量过程中，如果测量人员缺乏测量经验，读数时可能出现误差，再例如，不同人员视觉分辨能力和视距长度存在差异，在估读水准尺时会出现误差。

2.1.4 测量方法因素

测量方法也是影响水文测量误差的重要因素，如果测量方法选择不当，会导致误差产生[1]。例如：水体观测过程中，水体流量及水位等参数都属于瞬时值，会随着时间的变化而产生变化，计算得到的观测值是一段时间内的平均值或综合值。

2.2 水文测量误差控制措施

水文测量误差影响因素众多，任何一个环节出现问题都可能导致误差出现，需要采用有效的方法进行测量误差控制。

2.2.1 设备校核

在水文测量前需要有效的维护和校核设备，水文测量设备本身就存在一定误差，对设备的全面维护和校对有助于减少设备本身误差。因此，操作人员在使用设备之前需要全面检查设备，分析测量设备的使用环境和条件，保证设备在测量环境下能够正常使用之后才能开始进行测量操作，以此降低设备因素引起的误差，保证水文测量精度[2]。

2.2.2 环境优化

环境优化能够降低环境因素对水文测量误差的影响，保证测量的准确性。一般来说，测量设备和仪器对环境都有着一定的要求，如果测量环境较为恶劣，会损害设备，影响设备工作性能[3]。对于水文测量来说，要综合考虑温度、天气及湿度等环境因素，采取有效方案优化环境，避免环境外在因素带来影响，例如通过遮阳措施来减少光照可以消除光照对测量精度的影响。

2.2.3 消除测量人员误差

1)应当积极提升水文测量人员的职业道德和专业素质能力，激发其工作的积极性，做好培训工作，完善激励机制，保证测量人员在测量的过程中认真负责；

2)水文测量工作是一项系统性的工程，在测量的过程中可能遇到多种复杂情况，操作相对繁琐，因此在培训的过程中要注重对测量人员专业知识和规范操作的培训，让一些经验丰富的测量人员分享测量经验和处理对策，以此来提升整个水文测量队伍水平。

2.2.4 合理选择测量方法

在水文测量工作中，需要结合地形、环境等要素来合理的选择测量方法，此外应当注重对测量数据的处理，一般来说，测量数据处理是以数学模型为基础进行钙化处理，对于动态数据要多频次测量对比，取平均值和综合值，不能取瞬时值，以此来保证测量结果的准确性，这就需要选择合理的数据模型。此外，保证测量技术的先进性也是控制水文测量误差的重要方法之一。

3 结语

综上所述，在水文测量过程中，受到外界因素的影响很容易导致测量误差出现，从而影响了测量精度和质量。本文分析了水文测量误差的成因及具体控制措施，并结合实例探讨了GPS-RTK技术的具体应用，明确了水文测量误差控制要点及GPS-RTK动态测量技术的优越性，旨在进一步提升水文测量技术运用水平，保证水文测量精度和质量。

[1]刘颖,张成龙,李迎春. 水文测量误差的成因及对策[J]. 产业与科技论坛.2012,17:113.

[2]张述静. 水文测量工作出现误差问题及解决措施[J].黑龙江水利科技.2014,12:251-252.

[3]单文明,童家玉.水文测量工作出现误差问题及解决措施[J].中国新技术新产品.2015,20:151-152.

[4]吴巍,刘梅群. 解析水文测量中GPS RTK测量技术应用[J].低碳世界.2015,34:67-68.

[5]喻婷. 浅谈水文测量中的GPS-RTK测量技术及应用[J].民营科技.2016,10:33.

[6]马柏辉,林力山.利用航空摄影测量及多波束水文测量技术监测堆石防波堤及海堤[A].中国水利学会围涂开发专委会.中国水利学会围涂开发专委会2004学术年会论文集[C].中国水利学会围涂开发专委会.2004:8.

2017-01-18

陈玲(1985-)，女，甘肃山丹人，助理工程师，主要从事水文勘测及水资源调查研究工作。

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1004-1184(2017)03-0246-02