GPS在小流域调查中的应用

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1、GPS简介

　　GPS（GlobalPositioningSystem）又称全球定位系统，是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于上世纪九十年代建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经过近10年在我国多部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大科技工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科。在不久的将来，它必将给测绘领域带来一场深刻的技术革命。

　　随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各个部门，并开始逐步深入人们的日常生活。

　　1.1GPS系统的组成

　　GPS由三个独立的部分组成：

　　空间部分：21颗工作卫星，3颗备用卫星。

　　地面支撑系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。

　　用户设备部分（GPS接收机）：接收卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。

　　1.2GPS系统的特点：

　　全球、全天候工作：能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间，不受天气的影响。

　　定位精度高：单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达cm级和mm级。

　　功能多、应用广：随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量、导航、测速、测时等方面得到更广泛的应用，而且其应用领域正在不断扩大。

　　2、流域概况

　　上东峪小流域位于平山县苏家庄乡，东经114°00ˊ00″～114°02ˊ51″，北纬38°22ˊ57″～38°24ˊ12″，西与岗南水库相邻，距离平山县城35km，距革命圣地—西柏坡18km，属海河流域子牙河系滹沱河支流，流域面积4.40km².现有人口1022人，劳动力433个，人口密度232人/km²，人口自然增长率6‰。现有土地面积440.35hm²，其中农地122.13hm²，林地55.00hm²，荒坡地217.34hm²，其它非生产用地4.67hm²，尚未利用土地41.21hm².2002年国民生产总值为213.52万元，其中农业收入35.31万元，林果收入7.26万元，牧业收入40.88万元，副业收入130.00万元，人均产值2089元。现有轻度以上水土流失面积3.67km²，占总面积的83.40%，多年平均侵蚀模数为2073t/km²/a，年土壤侵蚀量为7300t.流失的土壤及土壤中所含的有机物都随洪水进入岗南水库。

　　岗南水库位于河北省石家庄市上游90km处，和黄壁庄水库一道担负着保护石家庄市及下游地区防洪安全和提供生活和工农业用水的重任，上东峪小流域位于岗南水库上游。近年来，随着流域内人口的急剧增长和对植被的严重破坏，流域内水土流失日益严重，农药化肥的大量使用，从流域进入岗南水库的水质也日趋恶化，洪水挟带的泥沙对水库的淤积也日益严重。这对下游的防洪安全及生活、生产用水造成极大的威胁。为从根本上解决流域水土流失对水库的淤积及水质恶化的问题，必须对流域进行全面综合调查，并以此为基础进行综合治理。

　　3、GPS在现场调查中的应用

　　上东峪小流域综合治理以增加植被覆盖度、减少水土流失、提高土地生产力、发展经济、改善流域内居民生产生活条件、改善入库水质、减少入库泥沙为目的。在走访了流域内的政府部门及群众后，结合流域所处的地理位置和资源条件，制定出了上东峪小流域发展的方向和目标，以此为依据进行土地利用现状、现有工程措施的位置、工程发挥的作用进行调查，在调查的基础上进行小流域土地利用规划和水土保持生态工程总体布局规划。

　　3.1准备工作

　　在充分熟悉上东峪小流域地形图的基础上，制定出调查测量路线，以地形图为基础，每2人1组，利用GPS的导航及定位功能进行地块现场调查、现有水土保持工程位置测量和拟建水土保持工程位置勘测。

　　对不同的土地利用现状进行编码，对同一种利用现状进行顺序编号，并做好对应记录。

　　对不同的沟道尤其是较大的支沟、主沟、水土流失严重的沟道进行标注，作好记录。

　　对不同的沟道工程措施如谷坊和拦沙坝等，依新修和改建进行相应编码，在实际测量中按序进行编号。

　　根据调查内容及调查人员分组情况选定调查、测量路线。

　　根据已有的水土保持现场勘察经验，提出遇到不同情况作出相应的现场解决办法，仍不能解决的通过电话联系解决直至返回驻地协商解决。

　　3.2现场调查

　　现场调查主要包括地块调查和水土保持生态工程调查两大部分（包括已建和拟建）。在进行地块调查的时候，以地块的利用现状为基础，1人手持GPS沿地块边界绕行一周，在绕行的过程中利用GPS随时将航点保存到航线，不同利用现状的地块保存为对应地块编码的航线，并按顺序进行编号，在地块的转折处和地形复杂的部位增加航点数量，在曲线平滑的部位可以适当减少航点保存数量。另1人在GPS编码、编号的基础上作好相应的记录。同时对这一地块的地貌部位、植被种类、覆盖度、土壤种类、土层深度、坡度、坡向、现有水土保持措施、水土流失状况进行等信息作好收集、记录。

　　在地块调查的过程中，同时对沟道工程的种类及布置点进行测量记录。由GPS测出工程地址的位置、高程、工程长度等数据，依不同的工程类型按编码及编号将数据保存到GPS中；另1人则进行工程布置点相应的沟道情况（坡度、沟道地面组成物质、基岩裸露情况、基岩风蚀情况等）、两岸及上游局部（大致淹没区）地区进行数据采集、记录。

　　3.3数据处理

　　在上东峪小流域4.4km2的综合调查中，根据现场调查结果及考虑当地居民的要求，共划分出23个地块、确定了35道谷坊的坝址、1座拦沙坝的坝址、5个水窖（集雨池）窖址、5座扬水站的水井、出水池位置及相应的工程规模。

　　利用专用接口软件，将GPS采集的数据用专用软件转换成arcview文件，利用arcview对采集的数据进行修改、编辑、输出等处理。

　　在现场调查测量的基础上，利用调查测量的数据建立相应的数据库，数据库内容包括地块面积、植被种类、覆盖率、土层深度、水土流失现状；拦沙坝和谷坊坝的坝址、坝长、坝高、控制面积、库容；扬水站输水能力、灌溉面积；水窖容积、汇水面积、灌溉面积等内容。

　　4、GPS在流域综合治理调查中的优势

　　现场调查及数据库建立，总共用了4天时间。

　　传统的调查方法，先选路线，再踏勘，在踏勘的基础上进行实地测量、勾绘，记录，再建立数据库。

　　在另一条小流域初步设计阶段的调查测量中，对一座小型闸门的地形测量及绘图花费了6个人4天的时间。

　　由此可见，应用GPS进行小流域综合治理调查，优势相当明显。

　　5、问题与建议

　　两个或多个相邻地块公共边的测量，依作者多次的实际操作对比，测量一次与测量多次结果相差不大。据此，两个或多个地块的公共边可只进行一次测量。

　　在大面积的流域综合治理调查中应用，效果更加明显，建议在水土保持综合治理，尤其是前期调查测量中进行大面积推广应用。

　　在现场调查、测量中未涉及道路的调查测量，在进行小流域综合治理规划、设计时可根据地形、施工、发展要求结合现有道路系统进行布设，需要的话，也可用GPS进行测量。