淺談GPS控制測量在水利測繪中的幾點(diǎn)體會

孔令生　陳華平　寧佐洪

【摘要】GPS控制測量在技術(shù)和功能兩個(gè)方向上，為水利測繪工作的內(nèi)容及方法，提供了相對良好和便利的依據(jù)。這使得測繪工作人員能通過使用監(jiān)測設(shè)備及時(shí)拍攝、采集水下地形數(shù)據(jù)的形式，了解整個(gè)環(huán)境中的資源和需改良的實(shí)際狀況，相互提醒對方在環(huán)境之中的個(gè)人安全，完成監(jiān)測環(huán)境的地下取樣及多種環(huán)境拍攝任務(wù)。

【關(guān)鍵詞】監(jiān)測設(shè)備;水利測繪工作;GPS控制測量技術(shù)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.12.056

引言：

GPS控制測量是通過衛(wèi)星定位技術(shù)，來對GPS設(shè)備監(jiān)測的目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋。之后，再根據(jù)監(jiān)測到的水下地形和不同地形的區(qū)間高度差，來對目前監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次調(diào)整。這樣的一個(gè)測量過程，能夠減少以往傳統(tǒng)人工測量過程當(dāng)中出現(xiàn)的誤差，也能夠減少水利測繪制定測量計(jì)劃的失誤。并通過不斷提升測量效率和最終得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度，使水利測繪工作更能突出科學(xué)成果和智慧目標(biāo)，形成足以探測整個(gè)水下地形安全及可利用資源的積極效應(yīng)。

1、GPS控制測量更能精準(zhǔn)定位水下地形

對于水利測繪的工作內(nèi)容而言，了解水下地形，主要通過分析地形和地貌，認(rèn)清環(huán)境中是否存在具有異常表現(xiàn)的水下地形。比如某水下地形具有相對多的浮游生物，其表面卻呈現(xiàn)出較為透明的狀態(tài)。那么就說明這些生物來自于海洋環(huán)境中，不屬于能夠在較淺水下地形中監(jiān)測到的現(xiàn)象。測繪工作人員就可以通過調(diào)查生物生存狀期間，和他們是否存在影響當(dāng)?shù)厣锷娴膶?shí)際情況，提出清理外來生物和整個(gè)環(huán)境的測量計(jì)劃。而如果通過人工測量形式來對環(huán)境進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測的話，就必須要完成對所有生物生存環(huán)境的逐一排查。把一些具有兩棲生活習(xí)慣的生物，定點(diǎn)放置在安全性較高的水下地形中。這必然給整個(gè)水利測繪工作帶來了麻煩，同時(shí)也讓傳統(tǒng)人工測量難以能夠在短時(shí)間內(nèi)，完成如此龐大的工程測繪量。這次測量的主要目的是，為了確定水下地形是否具有安全性或污染性，然后請當(dāng)?shù)厝藛T做下水質(zhì)鑒定檢測，保障整個(gè)環(huán)境適應(yīng)水下地形的生存。那么只要對水下地形中所有地形情況做精準(zhǔn)定位之后，再在每個(gè)地形以及監(jiān)測點(diǎn)中進(jìn)行取樣即可。這時(shí)測繪工作人員如若采用GPS控制測量技術(shù)，覆蓋整個(gè)水下地形的地形和地貌之后，再根據(jù)環(huán)境中發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象的位置，安裝監(jiān)測設(shè)備和衛(wèi)星定位裝置。便能夠根據(jù)捕捉到的生物生存環(huán)境，對一些不合理現(xiàn)象進(jìn)行拍攝和確認(rèn)。很快就能完成對整個(gè)環(huán)境的取樣和檢測，幫助地下生物更好的生存及獲取養(yǎng)分。同時(shí)保留拍攝中留下的證據(jù)，為了解其它類型環(huán)境提供可行的水利測繪工作方法[1]。

2、GPS控制測量可減少水下作業(yè)工作量

水利測繪在利用設(shè)備進(jìn)行水下地形監(jiān)測時(shí)，主要是對表面的一些異?，F(xiàn)象進(jìn)行確認(rèn)。而在水下需要完成的測繪取樣，仍舊需要人工潛入到水下進(jìn)行確認(rèn)。由于水下浮力作用和氧氣量變化，人所承受的重力作用要遠(yuǎn)比在陸地之上要強(qiáng)。很多體重過輕或本身患有心臟病的人員，難以潛入到水下完成這樣的測繪工作內(nèi)容。并且人在水下潛伏的時(shí)間一旦過長，他的身體將很有可能出現(xiàn)適應(yīng)水下地形的狀態(tài)，容易在浮出水面過后，出現(xiàn)爆炸或身體器官快速膨脹等現(xiàn)象。因此，測繪工作人員為了保持在水下的身體平衡，通常會攜帶氧氣瓶和輔助攝像的工具，潛入到水下完成水下地形的取樣任務(wù)。并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)到水面上換氣，或?qū)⒁呀?jīng)完成取樣的樣本，移交給正在陸地上等待的其他工作人員。由于人在水下地形中監(jiān)測到的地形，需要經(jīng)過完整的測繪，才能夠形成可供人員應(yīng)用的地勢圖。測繪工作人員在水下，基本是依靠著對方位的判斷，來尋找監(jiān)測下必須完成的樣本，或在監(jiān)測中未發(fā)現(xiàn)環(huán)境異常情況的取樣。再將GPS控制測量設(shè)施應(yīng)用于這個(gè)工作環(huán)節(jié)中后，水下工作人員可通過與其他工作人員的相互聯(lián)系，通過使用水下監(jiān)控器和他人指導(dǎo)取樣的形式，快速到達(dá)指定監(jiān)測點(diǎn)完成取樣。并讓其他工作人員通過監(jiān)查到異常情況的快速判斷，確定水下工作人員是否要對這類情況進(jìn)行取樣或拍攝。如若發(fā)現(xiàn)這些情況，只是由于海市蜃樓所導(dǎo)致的光線效應(yīng)，可以根據(jù)拍攝畫面是否清晰和正常，排除水下地形正面臨異常情況的實(shí)際狀態(tài)。根據(jù)最終樣本的檢測報(bào)告，得出本次水利測繪范圍安全性的最終結(jié)論。這大大減少了測繪工作人員水下作業(yè)時(shí)，要逐一確認(rèn)環(huán)境是否安全的實(shí)際工作量。

3、GPS控制測量更有利于掌握水下地形

測繪工作人員在水下了解整個(gè)環(huán)境時(shí)，只能對眼前看到的地形狀態(tài)進(jìn)行判斷，無法通過視覺掌握較大范圍內(nèi)的水下地形。比如在針對某片海域進(jìn)行水下地形監(jiān)測時(shí)，海底的最低深度就已經(jīng)達(dá)到了12米左右，而人眼的可范圍最多只有2-3米的距離，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不可能完成對整個(gè)環(huán)境的準(zhǔn)確判斷。并且隨著監(jiān)測環(huán)境的不斷擴(kuò)大，測繪工作人員還需要對海洋所覆蓋的更遠(yuǎn)處做調(diào)查。剛進(jìn)入了較深的海域監(jiān)測范圍時(shí)，極有可能遇到較大型生物的攻擊，給人員本身的安全性帶來一定的隱患。這時(shí)通過使用GPS控制測量設(shè)備，可以加強(qiáng)人員所監(jiān)測范圍和廣度，及時(shí)預(yù)測水下地形中是否存在影響人員安全的生物或復(fù)雜地形。并通過精準(zhǔn)定位和在水下地形投入速度較快的光線，根據(jù)光影的傳播速度和最終觸底距離，確定海洋的最低深度為多少，以及在這個(gè)過程中是否拍攝到了海洋生物。先確認(rèn)適宜這類生物生存的復(fù)雜地形，再根據(jù)生物的生存狀態(tài)和光影，所能拍攝到的最底層生物種類，完成對整個(gè)監(jiān)測范圍內(nèi)的海洋地形圖繪制。并通過二次測量和生物監(jiān)測，確認(rèn)在地形圖中是否存在標(biāo)注錯(cuò)誤的具體情況。在一些人員可以利用下潛形式實(shí)地拍攝的景象中，進(jìn)行使用GPS控制測量技術(shù)的模擬觀測，最終掌握較為全面的水下地形及地貌。針對地下地形是否存在危險(xiǎn)性，最終確定人為可以監(jiān)測環(huán)境的最大范圍，防止周邊有人私自下海探險(xiǎn)，導(dǎo)致的有去無回基本現(xiàn)象。根據(jù)水利測繪得到的數(shù)據(jù)，建議政府設(shè)置一個(gè)禁止他人或設(shè)施下潛的最低深度，保障水下地形的自我修復(fù)屏障，使整個(gè)環(huán)境資源得到保護(hù)和長期的有效應(yīng)用[2]。

4、GPS控制測量降低水利測繪技術(shù)成本

每片區(qū)域的水下地形，都會存在獨(dú)特性以及水下地形。這是人員在水利測繪工作中，所不能改變的實(shí)際狀況，也是必須通過工作內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測的重要前提。當(dāng)一個(gè)環(huán)境能夠隨著人員的進(jìn)入，而發(fā)生相對劇烈的變化時(shí)，那么說明人是控制這個(gè)環(huán)境的變量，并且已經(jīng)對環(huán)境產(chǎn)生了不可逆轉(zhuǎn)的惡劣影響。在這種情況下，人員必須要通過水利測繪，來確認(rèn)環(huán)境當(dāng)中的哪些異常情況，是由于人為介入導(dǎo)致的。并通過利用GPS控制測量技術(shù)的形式，來確認(rèn)有哪些不良環(huán)境，是可以通過有效方法來進(jìn)行改善。由于環(huán)境本身的復(fù)雜性情況。測繪工作人員需要對不良環(huán)境當(dāng)中的所有地形進(jìn)行測量，并針對不同位置的地形異常變化，確認(rèn)要改變這樣的環(huán)境，需要引入多少的新生物種類或資源。比如某地的河流環(huán)境，由于當(dāng)?shù)厝丝偸莾A倒各種生活垃圾和被污染過的廢水，導(dǎo)致一些生物出現(xiàn)死亡或變異現(xiàn)象。那么這時(shí)測繪工作人員，可以通過觀察類似現(xiàn)象，確認(rèn)河流環(huán)境已經(jīng)被人為做污染。而對其進(jìn)行的水利測繪工作，主要是對產(chǎn)生污染的各類化學(xué)元素進(jìn)行采集。具體測量環(huán)境中容易堆積污染物質(zhì)的地形，確認(rèn)污染度較強(qiáng)的環(huán)境范圍。這時(shí)使用GPS測量技術(shù)，可降低人工在檢查及確認(rèn)環(huán)境范圍的技術(shù)成本。并通過反復(fù)確認(rèn)環(huán)境當(dāng)中的地形，來對整個(gè)污染監(jiān)測單位，確認(rèn)由于河流流向?qū)е碌奈廴居绊?。通過繪制需要改變的環(huán)境地形圖，確認(rèn)具體改良環(huán)境所需求的水源凈化措施，有效降低人工干預(yù)環(huán)境、水下地形的技術(shù)投入成本。而對于沒有任何要求的水利測繪工作來說，GPS控制測量技術(shù)的使用成本較低，且能保存較多的數(shù)據(jù)，直接上傳至監(jiān)測系統(tǒng)中，方便人員確認(rèn)監(jiān)測范圍和這個(gè)范圍中的環(huán)境是否完全，逐步推動了測量技術(shù)在精準(zhǔn)度和有效性上的發(fā)展，讓相關(guān)工作內(nèi)容的投入成本，都由此而得到了控制[3]。

5、GPS控制測量增強(qiáng)水利測繪導(dǎo)航功能

有很多的水利測繪工作內(nèi)容，需要人工來完成對地形及地貌的拍攝。主要是源于一些清澈見底的水下地形，常會因季節(jié)性的天氣變化，而誘發(fā)比較常見的洪澇災(zāi)害，必須通過數(shù)據(jù)的監(jiān)測和相應(yīng)措施，來進(jìn)行災(zāi)害現(xiàn)象的防治。這就導(dǎo)致測繪工作人員首先要利用監(jiān)測設(shè)備，先對需要拍攝的水下地形進(jìn)行深度的測量。之后再根據(jù)可以人為下潛環(huán)境，和人眼觀測深度的實(shí)際情況，確定某一環(huán)境的水質(zhì)是否安全、可供周邊居民使用。要是確認(rèn)環(huán)境水源主要來源于降水或人工，那么就直接利用GPS控制測量技術(shù)，獲取數(shù)據(jù)即可。這時(shí)的人員工作方向，主要是對水下人眼無法監(jiān)測到的環(huán)境，進(jìn)行最深處水源和土壤的取樣，掌握其是否受到異常氣象的影響。并通過GPS控制測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體環(huán)境地形圖的導(dǎo)航，現(xiàn)在每個(gè)復(fù)雜地形下都進(jìn)行了取樣，沒有放過任何一個(gè)可能存存在重要數(shù)據(jù)的環(huán)境因素。并對洪澇災(zāi)害發(fā)生前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，了解測繪工作人員所取樣的數(shù)據(jù)，是否能夠代表現(xiàn)在水下地形的實(shí)際狀況。針對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的檢測結(jié)果，進(jìn)行同一地形不同時(shí)間的多次取樣，最終根據(jù)導(dǎo)航結(jié)果和監(jiān)測實(shí)際情況。分析這樣的水下地形，是否存在隱藏水資源或礦產(chǎn)及微量元素，幫助當(dāng)?shù)鼐用駥λ碌匦芜M(jìn)行科學(xué)保護(hù)和利用。優(yōu)先發(fā)揮GPS控制測量導(dǎo)航功能，在幫助水利測繪工作了解水下地形時(shí)的定位效果，使最終結(jié)果較為準(zhǔn)確。如果這時(shí)仍舊采用人工或普通地圖導(dǎo)航技術(shù)，或許水利測繪工作將不能獲取到有用的樣本。

6、GPS控制測量幫助水利測繪分析數(shù)據(jù)

水利測繪工作所獲取到的數(shù)據(jù)，大部分是有關(guān)于地形及地貌的最高點(diǎn)數(shù)值。當(dāng)一個(gè)水下地形的地貌過于復(fù)雜時(shí)，監(jiān)測設(shè)備便只能根據(jù)水源呈現(xiàn)出來的顏色，對這個(gè)地貌所覆蓋的具體范圍進(jìn)行確認(rèn)，而不能夠?qū)φ麄€(gè)地貌當(dāng)中的水下地形及可能隱藏的多種資源進(jìn)行具體拍攝。這主要是源于很多數(shù)據(jù)的確認(rèn)，需要人工來進(jìn)行隱藏式拍攝照片的判斷。而并非是對類似的照片，進(jìn)行利用設(shè)備快速確認(rèn)的方式，來做最后的判斷和數(shù)據(jù)分析。由此可見，GPS控制測量方式對于水利測繪工作具有相對重要的意義，可以通過將收集到的數(shù)據(jù)上傳至人工監(jiān)測系統(tǒng)中，幫助測繪工作人員篩選出當(dāng)中存在重復(fù)性的數(shù)據(jù)。對一些相似性較高的照片，進(jìn)行利用導(dǎo)航功能確認(rèn)是否為同一地點(diǎn)拍攝的提示。這樣測繪工作人員就能夠根據(jù)生物生存的地貌，確認(rèn)某一水下地形是否存在容納較多生物生存的優(yōu)良資源，或影響生物生存的復(fù)雜地形。并根據(jù)目前位置的監(jiān)測地形情況，前往照片的具體拍攝位置，實(shí)地確認(rèn)監(jiān)測設(shè)備所拍攝影像的真實(shí)面貌。對以往分析得出的錯(cuò)誤地形情況，進(jìn)行以實(shí)地拍攝范圍和距離為基準(zhǔn)的矯正。這就使GPS控制測量技術(shù)的使用，真正發(fā)揮了幫助人員完成數(shù)據(jù)分析過程的基礎(chǔ)使用，為完善水利測繪工作內(nèi)容提供了真實(shí)證據(jù)。

7、GPS控制測量避免人員間的通視障礙

當(dāng)水利測繪工作需要對某一范圍較大的水下地形進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，就需要根據(jù)這個(gè)環(huán)境中的可視范圍和需要人為進(jìn)行采集的數(shù)據(jù)情況，請部分測繪工作人員共同進(jìn)入環(huán)境中完成數(shù)據(jù)測量。一是減少實(shí)際的測量工作時(shí)間，二是方便人員之間及時(shí)溝通自己所觀察到的異?，F(xiàn)象。同時(shí)在使用的監(jiān)測設(shè)備中上傳拍攝照片，調(diào)整不同拍攝角度下的監(jiān)測死角，避免設(shè)備因方位或磁場現(xiàn)象，所導(dǎo)致意外損傷或數(shù)據(jù)不能及時(shí)上傳的現(xiàn)象。由于部分水下地形的透明度較高，導(dǎo)致人員即便距離較遠(yuǎn)，也能夠看清彼此的行為或動作，但不能夠通過聲音傳播、脫離監(jiān)測范圍，避免吸入過多氧氣、產(chǎn)生脫水現(xiàn)象。此時(shí)，GPS控制測量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對人員位置的精準(zhǔn)定位，使他們可以通過觀察隨身攜帶的指南針和拍攝工具，了解本人和對方已經(jīng)到達(dá)了哪些指定地點(diǎn)，以及上傳至監(jiān)控設(shè)備的照片在哪個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行的拍攝。避免人員在近距離接觸時(shí)，沒有發(fā)現(xiàn)對方而產(chǎn)生肢體上的碰撞，或受到透視障礙的影響，出現(xiàn)一些類似于進(jìn)入海市蜃樓的幻覺。一方面保障水利測繪拍攝任務(wù)的順利進(jìn)行，一方面保障人員在水下地形工作過程中的安全。第一次執(zhí)行此類任務(wù)的測繪工作人員，有時(shí)還會因看到的彼此距離過近，直接摘下氧氣罩進(jìn)行溝通。最終的結(jié)果，就是受到影響的人員，必須馬上返回水面以上換氣，進(jìn)行身體健康方面的檢查。之后，對其人眼觀察范圍和視力情況，做GPS控制測量定位返還距離的推測。通過現(xiàn)場宣傳和引導(dǎo)的形式，使用此類進(jìn)行避免此類通視障礙的發(fā)生。

8、GPS控制測量測繪信號反饋能力較強(qiáng)

當(dāng)一個(gè)測繪工作人員進(jìn)入到監(jiān)測死角后，他的行為是不受任何人員指導(dǎo)所控制的，更多的是根據(jù)自己街道的工作任務(wù)，來對目前看到的所有景象進(jìn)行拍攝，以便回到陸地之上能夠發(fā)現(xiàn)有用的照片。很多人認(rèn)為監(jiān)測點(diǎn)能夠覆蓋所有的水下地形，不存在沒能被監(jiān)視到的死角。但實(shí)際上，深度較淺的一些地下水源是與陸地連接在一起的，使人員在潛入到水下之后可以在土壤環(huán)境中進(jìn)行自由的潛行。只要在儲備氧氣用完之前，及時(shí)返還到水面以上的監(jiān)測距離即可。就導(dǎo)致人員對GPS控制測量技術(shù)的依賴性較強(qiáng)，不能夠脫離沒有GPS信號的監(jiān)測環(huán)境，以免走失或與他人斷了聯(lián)系。當(dāng)有人在水下地形中失聯(lián)時(shí)，那么其他的測繪工作人員就必須要對其進(jìn)行尋找。然后在找到這個(gè)人的過程中，對周邊的所有水下地形進(jìn)行拍攝，以備不時(shí)之需，并針對這個(gè)環(huán)境中存在的復(fù)雜地形及地貌，做具體的數(shù)據(jù)分析和GPS數(shù)據(jù)定位上傳。一方面是為水利測繪工作提供相對多的樣本，使其能夠發(fā)現(xiàn)環(huán)境中隱藏的生物、礦場等資源。另一方面是極大的豐富原本的工作內(nèi)容，讓水利測繪工作結(jié)果更加真實(shí)的體現(xiàn)水下地形。這對GPS控制測量系統(tǒng)的需求性較大，需要他能及時(shí)的為人員提供通訊信號及反饋，保障所有人拍攝照片的及時(shí)上傳。而正是其通過衛(wèi)星定位的較強(qiáng)信號，才使得水利測繪工作有了更大的動力和改進(jìn)空間。

9、GPS控制測量應(yīng)用后的數(shù)據(jù)誤差減少

水利測繪工作在人工采集數(shù)據(jù)方面，培養(yǎng)了大量懂得專業(yè)知識的人才。同時(shí)也對不同的水下地形，進(jìn)行了有關(guān)水下地形和復(fù)雜地形情況的實(shí)際分析。這就導(dǎo)致數(shù)據(jù)成為了最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)內(nèi)容，一旦出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的誤差，將會導(dǎo)致整個(gè)工作的結(jié)果呈現(xiàn)出錯(cuò)誤方向，影響所有測繪工作人員的實(shí)際工作成果。以往采用全方位的人工監(jiān)測手段收集到數(shù)據(jù)，只能夠片面的展現(xiàn)出水下地形狀況。在人員未能下潛到達(dá)的環(huán)境位置測量，存在相對大的誤解和測量數(shù)據(jù)誤差。而當(dāng)應(yīng)用了GPS控制測量技術(shù)及系統(tǒng)后，最低的數(shù)據(jù)誤差降低到了0.01%以內(nèi)。這在相對大的范圍內(nèi)，降低了水利測繪工作的誤差結(jié)果，讓整個(gè)工作的技術(shù)含量和成果，都有了極大程度上的增強(qiáng)。而從事數(shù)據(jù)測量、分析等崗位的測繪工作人員，也能夠及時(shí)根據(jù)他人反饋的結(jié)果，對原本的數(shù)據(jù)模板進(jìn)行修改和地形圖數(shù)據(jù)中的調(diào)整，更加清晰直觀的體現(xiàn)水下地形立體度，使大家對整個(gè)環(huán)境的掌握能力，又有了更高水平上的技術(shù)發(fā)展。

結(jié)語：

當(dāng)水利測繪工作可以科學(xué)使用GPS控制測量技術(shù)時(shí)，就能夠根據(jù)目前的任務(wù)和水下地形分析狀況，選擇性地進(jìn)行對環(huán)境的檢測和研究。這給它未來的工作方向及形勢，帶來了相對強(qiáng)的技術(shù)動力和有效依據(jù)，促使越來越多的測繪工作人員，開始注重發(fā)展技術(shù)和使用配套監(jiān)測設(shè)備。

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