測繪技術(shù)在水文監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)中的運用探究

鄭 波

(濟(jì)南市水文局，濟(jì)南 250014)

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測繪技術(shù)在水文監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)中的運用探究

鄭 波

(濟(jì)南市水文局，濟(jì)南 250014)

測繪技術(shù)在水文監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)中具有巨大價值，其中大量使用的測距技術(shù)、地理信息系統(tǒng)，可用于監(jiān)測系統(tǒng)的布點工作，提高布點的科學(xué)性且減少工作量。測繪技術(shù)在信息采集方面有無可比擬的優(yōu)勢，可實現(xiàn)水位測量、水溫監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測，測繪技術(shù)中大量應(yīng)用的GPS技術(shù)等通信技術(shù)可作為水文監(jiān)測系統(tǒng)信息傳輸?shù)姆椒ā?/p>

測繪技術(shù)；水文監(jiān)測；系統(tǒng)建設(shè)

我國疆域廣闊，跨緯度、經(jīng)度廣，江河眾多，流域水流量大，受季風(fēng)氣候影響，水位季節(jié)變化較大，汛期長，不同地域的江河汛期不盡相同。加之水環(huán)境受到破壞，氣候變化，洪澇災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險明顯增加。有報道顯示，1990年—2002年，我國洪澇災(zāi)害造成人員傷亡25 000人左右，經(jīng)濟(jì)損失占GDP的0.8%，2003年—2012年洪澇災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失超過5 000億人民幣。國務(wù)院陸續(xù)頒布了《中共中央國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》、《國務(wù)院關(guān)于切實加強中小河流治理和山洪地質(zhì)災(zāi)害防治的若干意見》等文件，明確要求加強河流的治理工作。水文監(jiān)測系統(tǒng)是防治洪水災(zāi)害的重要組成部分，是基于對水文信息基本條件、影響因素全面認(rèn)識基礎(chǔ)上建立起來的信息系統(tǒng)，當(dāng)前傳統(tǒng)的人工觀察信息采集為基礎(chǔ)的水文監(jiān)測系統(tǒng)，已開始被遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)取代。測繪技術(shù)是對地理信息進(jìn)行測量、繪制的綜合技術(shù)，可作為水文監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源。

1 水文監(jiān)測概述以及測繪技術(shù)的價值

遠(yuǎn)程水文監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對轄區(qū)河流、水庫監(jiān)測點的水位、流量、溫度、濕度、水質(zhì)等水文信息實時監(jiān)控、采集、處理和反饋。對水文點進(jìn)行實時監(jiān)測是遠(yuǎn)程水文監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)條件，但需注意的是，監(jiān)測點分散且分布范圍廣，設(shè)置區(qū)域環(huán)境惡劣，選擇測繪系統(tǒng)所廣泛采用的GPS、遙感等，可實現(xiàn)大范圍遠(yuǎn)距離信息傳輸，獲得測繪圖片，用于水文信息整體分析[1]。河流水位的測量是水位監(jiān)測中的重要工作，對河流水位測量主要通過測量河面與監(jiān)測面距離來實現(xiàn)，測量距離的方法較多，傳統(tǒng)的測量方法存在不可克服的缺陷，如:電極法因電極長期浸泡在水里和其他液體中，容易被腐蝕。測繪系統(tǒng)中有大量的測距方法，如:GPS技術(shù)，已能夠?qū)崿F(xiàn)高精度測距，分析梯度水位。測繪技術(shù)中的遙感技術(shù)還可實現(xiàn)水溫的檢測。

2 測繪技術(shù)在水文監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)中的運用

2.1 監(jiān)測點選擇

水位監(jiān)測的位點選擇是建設(shè)水文監(jiān)測系統(tǒng)的前提以及基礎(chǔ)工作，新中國成立以來，水利部門通過人工觀察等方法，在水庫、水壩等水利設(shè)施及江河岸標(biāo)志性地點設(shè)立水文監(jiān)測點，如:鄱陽湖周圍著名的星子站。這些舊的的站點，已經(jīng)無法滿足遠(yuǎn)程水位監(jiān)測的需求，主要原因為:A.新系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，必然需要更多的監(jiān)測信息來源，傳統(tǒng)的監(jiān)測點數(shù)量明顯不足。B.歷經(jīng)數(shù)十年，水環(huán)境已發(fā)生了顯著變化，我國主要幾大淡水湖的面積都在明顯縮小，傳統(tǒng)的水位點明顯無法滿足監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)需求。C.舊有的監(jiān)測點可能存在設(shè)置不合理情況[2]。而測繪技術(shù)在監(jiān)測位點選擇上有重要意義，特別是計算機互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息遙感測繪技術(shù)的應(yīng)用，可進(jìn)行大范圍的網(wǎng)上作業(yè)，科學(xué)選擇監(jiān)測位點可減少勞動強度、成本并減少現(xiàn)場觀察工作量。如:RS測量技術(shù)測量范圍廣、包含的信息量大，從太空或高空以飛行物、衛(wèi)星為平臺進(jìn)行測繪，通過無人機遙感、衛(wèi)星遙感、飛機測繪等方法，能夠全面評價水域情況，在歷次洪災(zāi)的治理過程中，遙感技術(shù)在災(zāi)情分析上都發(fā)揮了重要作用。遙感技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)，縱向?qū)Ρ葍r值較高，通過對比歷史數(shù)據(jù)，能夠有效判斷區(qū)域內(nèi)水域面積、水位點的變化，從而指導(dǎo)監(jiān)測點的選擇?；静呗?第一，遙感分析。分析一段歷史時期內(nèi)汛期、枯水期的水域，在這個區(qū)域內(nèi)選擇監(jiān)測點。第二，分析整個區(qū)域內(nèi)的地形高低，歷史洪災(zāi)水面積變化，預(yù)測洪災(zāi)發(fā)生后的水域，區(qū)域內(nèi)水文監(jiān)測點建設(shè)的難度以及投入，綜合選擇理想的水文監(jiān)測點。需要注意的是，實際測繪數(shù)值偏差問題受精度、測繪時間等因素影響，遙感技術(shù)盡可作為大概地點選擇策略，若需要準(zhǔn)確定位監(jiān)測點，還須現(xiàn)場測繪，利用無人機技術(shù)、肉眼觀察等方法選擇監(jiān)測點。當(dāng)前，利用遙感、GPS技術(shù)開展水文監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測點的選擇尚處于起步階段，特別是許多遙感、定位測繪技術(shù)存在技術(shù)限制，如:GPS技術(shù)屬美國軍方開發(fā)的技術(shù)，盡管能夠為測繪提供精確的定位坐標(biāo)，動態(tài)、靜態(tài)定位精度高，但存在信息泄漏問題，在進(jìn)行實地測量時還應(yīng)選擇全站儀導(dǎo)線控制測量、GPS-RTK技術(shù)測量法，以幫助圖根點布設(shè)的順利開展。

2.2 信息采集與功能實現(xiàn)

測繪技術(shù)在信息采集方面有無可比擬的優(yōu)勢，主要包括:第一，水位測量。測繪技術(shù)中的定位技術(shù)大量采用的距離測量技術(shù)，可作為水位測量技術(shù)，如:GPS定位實現(xiàn)較小江河水位測量，遙感技術(shù)能夠從空中大范圍觀察水域變化，從而判斷水位。需注意的是，對于水位監(jiān)測，當(dāng)前水利部門更傾向于價格低廉、容易實現(xiàn)的超聲結(jié)合溫度補償法監(jiān)測技術(shù)，測繪技術(shù)在水域面積監(jiān)測中的價值更高。第二，水溫監(jiān)測。遙感技術(shù)中的紅外遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)水域溫度監(jiān)測，可減少布點，而對于較小江河的水溫監(jiān)測，仍需要監(jiān)測點實現(xiàn)，目前已經(jīng)有非常成熟的水體溫度傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度的精確測量。第三，水質(zhì)監(jiān)測。遙感技術(shù)在水質(zhì)分析中能夠發(fā)揮重要作用，通過分析水域內(nèi)色溫變化、水環(huán)境改變等信息，可進(jìn)行水質(zhì)評價。

2.3 信息通信

水文監(jiān)測系統(tǒng)可以說是基于全球定位系統(tǒng)(GPS)或北斗、遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)等測繪或相關(guān)技術(shù)為核心建設(shè)的，測繪技術(shù)在信息通信中發(fā)揮重要作用。

2.4 水業(yè)務(wù)管理

水文監(jiān)測系統(tǒng)的重要目的在于防范洪澇災(zāi)害、提高水資源管理水平、提高水污染治理水平。前文提到測繪系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)水位信息采集，從而實現(xiàn)相應(yīng)的功能，如:水位測量能夠用于水量分布分析，不僅可用于洪澇災(zāi)害的分析，還可用于水資源的計算；水庫水域面積分析可用于水庫存量分析；遙感技術(shù)可實現(xiàn)灌溉面積的分析，用于分析灌溉用水利用效率，指導(dǎo)灌溉用水的供應(yīng)管理，避免水資源浪費。對于水污染的遙感分析，在水文監(jiān)測系統(tǒng)中可作為水污染來源、嚴(yán)重程度、治理效果的判斷，隨著遙感技術(shù)水平的進(jìn)步，其能夠獲得的信息也越來越多。測繪系統(tǒng)中的遙測相關(guān)技術(shù)，在洪澇災(zāi)害預(yù)警中也能夠發(fā)揮重要作用，能夠判斷水量、預(yù)測上游來水量、分析周圍可能受災(zāi)的區(qū)域，從而預(yù)警洪澇災(zāi)害，判斷受災(zāi)風(fēng)險，指導(dǎo)洪澇災(zāi)害防治。

3 結(jié)語

當(dāng)前，因Google Maps獲得巨大成功，國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)地圖提供商，如:高德、凱立德、百度API也如同雨后春筍一般出現(xiàn)，百度地圖因強大的搜索服務(wù)、高覆蓋率，占有大量的市場份額。百度地圖有許多特色功能，如:測距、截圖等，可以節(jié)省大量的測繪工作量。這些工具重視跨平臺使用、軟件重用、數(shù)據(jù)共享和易于集成，相較于傳統(tǒng)的GIS，具有許多優(yōu)勢，可降低系統(tǒng)成本、具有良好的擴(kuò)展性，在水溫監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)中也能夠發(fā)揮重要作用，用于水文監(jiān)測布點、水域分析等領(lǐng)域，為系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能的實現(xiàn)提供支持。水利部門可嘗試與測繪部門、網(wǎng)絡(luò)測繪數(shù)據(jù)服務(wù)商進(jìn)行合作，獲得更多的數(shù)據(jù)支持，節(jié)省系統(tǒng)建設(shè)的工作量，同時不放松現(xiàn)場觀察，充分利用現(xiàn)場測繪技術(shù)，實現(xiàn)實地定位及測距。重視測繪技術(shù)中信息協(xié)議的利用開發(fā)，作為水文監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)提供信息傳輸技術(shù)的支撐。值得注意的是，對于遙感等測繪技術(shù)信息處理是難點，信息處理的效果直接影響水位、水量、水質(zhì)分析質(zhì)量，這對系統(tǒng)開發(fā)者的數(shù)學(xué)能力提出了較高的要求。

[1] 范曉歐，張向彬，范信鑫.人工生態(tài)湖水文水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建的研究[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2017，(05):111-115.

[2] 聞建偉.哈爾濱市城市水文監(jiān)測與分析評價實施方案初議[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2017，(04):55-57.

Exploring the application of surveying and mapping technology in the construction of hydrological monitoring system

ZHENG Bo

(Jinan Municipal Bureau of Hydrology, Jinan 250014, China)

Surveying and mapping technology is of great value in the construction of hydrological monitoring system. The extensive use of distance measurement technology and geographic information system can be used to monitor the work of the system, improve the scientificity of the distribution and reduce the workload. Mapping technology in the information collection has unparalleled advantages, which can achieve water level measurement, water temperature monitoring and water quality monitoring. GPS technology and other communication technology can be used as a information transmission method for hydrological monitoring system.

Surveying and mapping technology; Hydrological monitoring; System construction

2017-03-07

鄭波(1987-)，男，本科，助理工程師。

P332

B

1674-8646(2017)10-0144-02