摘要:全球定位系統GPS(GlobalPositionSys—tem)是由美國在20世紀70年代開始研制的衛星導航和定位系統,從誕生以來,就以其強大的功能和實用的技術而被各行各業廣泛應用,人們將其與遙感技術(RS)和地理信息系統(GIS)合稱為3S技術’隨著RS和GIS集成技術的深化,GPS在水土保持中的應用將更加廣泛和深入。
　　關鍵詞:GPS水土保持；綜合調查；工程規劃設計
　　1GPS功能簡介
　　GPS的功能非常強大,雖然不同廠家生產的GPS的功能不同,但常見的主要功能有以下幾種。
　　1.1路標(Waypoint)功能
　　把某點的位置(英文叫PositionFix,包括一個點的三維坐標)記入GPS的內存。這個點可以是所經過的點,也可以是輸入的坐標。
　　一般還可為這點起個若干字母的名字。
　　1.2路線(Route)功能
　　路線由起點、終點和若干中間點組成。任兩點間的一段叫做一條腿(Leg),一條路線可由若干條腿組成。這些點可以在地圖上查出預先輸入,也可以邊走邊記。
　　1.3方向(Heading)功能
　　在運動時指明運動方向,GPS開機時,每1～2s更新一次地點坐標,它可依此計算出前進方向。
　　1.4速度(Speed)功能
　　類似方向,給出速度。
　　1.5導向(Bearing)功能
　　給出你所在地點到某一路標點的前進方向,一般是顯示從正北方向順時針的角度數。
　　1.6追蹤(Pbttrail)功能
　　以一定的采樣時間間隔(可調)記載運動軌跡,這項功能在沒有地圖或明確路線以及需要按原路返回的行動中極為有用。
　　1.7計算機上/下載數據
　　通過專用連線與軟件,GPS可與計算機連接,可在計算機上安排、分析路線,在GPS間交換數據。
　　1.8地圖功能
　　高檔GPS可存貯一定區域的地圖,在顯示位置數據的同時,直觀地顯示你在地圖上的位置。
　　2GPS的特點
　　GPS之所以備受社會各界的青睞,主要因為它是當今世界上最先進的導航定位系統,具有定位快、全時域、全天候、高動態等特點。
　　(1)全球地面連續覆蓋,24顆均勻分布的衛星保證地面上任何地點、任何時刻最少可以接收4顆以上的衛星信號,最多可以接收11顆衛星信號,從而保障全球全天候連續、實時、動態導航和定位。
　　(2)功能多,精度高,定位速度快,可為各類用戶連續提供動態目標的三維位置、三維航速和時間信息。
　　(3)操作簡單,觀測簡便,抗干擾性能好。由于兩觀測點間不需通視,大大減少了建立硯標的工作量。
　　3GPS在水土保持中的應用
　　3.1GPS在水土保持綜合調查中的應用
　　在水土保持綜合調查中,小斑勾繪和小斑地形、地面坡度、典型樣點水土流失狀況及小斑面積等是最基本的調查內容,以往取得這些數據主要依靠外業常規測量或借助地形圖資料,這樣不僅費時費錢,而且往往所采用的地形圖資料不一定能反映最新地形地貌狀況,而利用GPS定位技術則很容易完成圖斑的現場跟蹤、勾繪和樣點侵蝕量的調查及坡度量測工作。具體做法是應用GPS中的RTK技術,在某已知點或明顯地物點上(該作業盡量設在作業區的中心位置)架設1臺基站,用流動站跟蹤圖斑,并賦圖斑屬性代碼。經室內處理,可得到精度較高的三維土地利用圖。用GPS測出坡面或溝道上下游兩點的三維坐標,解算出兩點間的距離和高差,可求得坡度和溝道比降等指標。
　　3.2GPS在水土保持工程規劃設計中的應用
　　3.2.1在淤地壩、攔沙壩、土谷坊等水土保持工程規劃中，利用GPS測出壩址處地形地貌特征點的坐標數據,通過處理后并利用相關軟件編制成數字地面模型,再用計算機輔助設計軟件完成工程設計。用這種方法進行工程設計,不僅自動化程度比較高,而且可提供多種方案進行比較,對設計結果進行修改也相當方便。
　　3.2.2在梯田規劃設計中可以利用GPS測量出地面坡度、坡向和坡長及其變化等指標并確定開挖線,從而計算土方量和用工量等定額。
　　3.2.3GPS定位技術在水土保持工程的施工放樣中的應用。根據精度要求的不同,可采用不同的方法。梯田、造林地、牧草地等水保措施放樣精度一般要求比較低,用相對精度好一點的手持GPS接收機就可完成,操作非常方便,像手持羅盤儀一樣,在地頭走動,尋找待定點坐標完成定位。小型水利水保工程施工放樣可應用GPS的RTK或RTD技術,基站安設在一已知點上,預先將待定點坐標輸入流動站手簿,手持GPS流動站天線,按手簿上提示的方向尋找,很快就可找到待定點坐標。用同樣方法確定一系列點,由這些點可以連成開挖線,確定開挖面。
　　3.3GPS在水土流失動態監測中的應用
　　應用GPS對自然水土流失的監測可分成兩個層次:(1)在宏觀方面,針對大流域或一個區域可建立GPS控制網,在控制網的基礎上,進行像控點測量,為航空遙感像片的定向提供加密點,這樣有利于區域內水土流失和土地利用信息的采集和提取;(2)在微觀方面,針對坡面、溝頭和溝底可利用GPS技術監測坡面地形變化、溝頭前進和溝底下切速度、溝緣線后退速度,甚至可以監測典型樣點水土流失量(流失厚度),包括崩塌、滑坡及堆積。對人為水土流失監測,不僅可以定期觀測開挖面、堆積面的變化情況,而且可用GPS現場測量挖填土方量、堆積量和棄土棄渣量。此外,還可用GPS在最短時間內比較準確地確定開荒、毀林及破壞水土保持設施的數量、面積等。具體應用方法如下。
　　3.3.1自然水土流失監測。首先選定監測區域,收集監測區域有關資料(包括國家三角點、GPS點資料),根據區域大小,按GPS網絡規范要求進行GPS控制網設計;其次進行野外選點、造標、埋石和控制點觀測;最后通過內業量算、平差,得到GPS控制網,作為動態監測的基礎。在控制網的基礎上,根據宏觀和微觀監測的不同需求,采用不同的監測方法:
　　(1)宏觀監測:在TM影像上找出明顯地物點,基于已建立的控制網進行外業觀測,求出一系列地物點坐標,作為TM影像幾何糾正的依據,用于宏觀區域水土流失動態監測;根據航測成圖的要求,選一部分地物區域水土流失動態監測;根據航測成圖的要求,選一部分地物特征點,經GPS外業觀測,求出點的三維坐標,作為像控制點坐標,建立立體模型,采集有關數據,用于進行重點區域的監測。
　　(2)微觀監測:采用GPS的RTK實時動態技術,把GPS的基站放在已建控制網的某已知點上,流動站沿溝緣線、峁邊線、溝底線、溝頭連續采集點的坐標,繪制出三維曲線,作為動態監測的基礎,定期用同樣方法觀測,比較其變化情況也可以與以前的航片、地形圖或野外實測的曲線比較變化情況。若用計算機處理,可以得出比較精確的變化量。

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