淺談GPS控制測量在水利測繪中的幾點體會

文／孔令生、陳華平、寧佐洪 廣東粵水電勘測設計有限公司 廣東佛山 528000

引言：

GPS 控制測量是通過衛(wèi)星定位技術，來對GPS 設備監(jiān)測的目標數(shù)據進行反饋。之后，再根據監(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)據進行二次調整。這樣的一個測量過程，能夠減少以往傳統(tǒng)人工測量過程當中出現(xiàn)的誤差，也能夠減少水利測繪制定測量計劃的失誤。并通過不斷提升測量效率和最終得到的數(shù)據準確程度，使水利測繪工作更能突出科學成果和智慧目標，形成足以探測整個水下地形安全及可利用資源的積極效應。

1、GPS 控制測量更能精準定位水下地形

對于水利測繪的工作內容而言，了解水下地形，主要通過分析地形和地貌，認清環(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查生物生存狀期間，和他們是否存在影響當?shù)厣锷娴膶嶋H情況，提出清理外來生物和整個環(huán)境的測量計劃。而如果通過人工測量形式來對環(huán)境進行實地監(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慣的生物，定點放置在安全性較高的水下地形中。這必然給整個水利測繪工作帶來了麻煩，同時也讓傳統(tǒng)人工測量難以能夠在短時間內，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?shù)厝藛T做下水質鑒定檢測，保障整個環(huán)境適應水下地形的生存。那么只要對水下地形中所有地形情況做精準定位之后，再在每個地形以及監(jiān)測點中進行取樣即可。這時測繪工作人員如若采用GPS控制測量技術，覆蓋整個水下地形的地形和地貌之后，再根據環(huán)境中發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象的位置，安裝監(jiān)測設備和衛(wèi)星定位裝置。便能夠根據捕捉到的生物生存環(huán)境，對一些不合理現(xiàn)象進行拍攝和確認。很快就能完成對整個環(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。同時保留拍攝中留下的證據，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

水利測繪在利用設備進行水下地形監(jiān)測時，主要是對表面的一些異?，F(xiàn)象進行確認。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行確認。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比在陸地之上要強。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容。并且人在水下潛伏的時間一旦過長，他的身體將很有可能出現(xiàn)適應水下地形的狀態(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。并在規(guī)定時間內到水面上換氣，或將已經完成取樣的樣本，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，需要經過完整的測繪，才能夠形成可供人員應用的地勢圖。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 控制測量設施應用于這個工作環(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)控器和他人指導取樣的形式，快速到達指定監(jiān)測點完成取樣。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致的光線效應，可以根據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際狀態(tài)。根據最終樣本的檢測報告，得出本次水利測繪范圍安全性的最終結論。這大大減少了測繪工作人員水下作業(yè)時，要逐一確認環(huán)境是否安全的實際工作量。

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環(huán)境時，只能對眼前看到的地形狀態(tài)進行判斷，無法通過視覺掌握較大范圍內的水下地形。比如在針對某片海域進行水下地形監(jiān)測時，海底的最低深度就已經達到了12米左右，而人眼的可范圍最多只有2-3米的距離，遠遠不可能完成對整個環(huán)境的準確判斷。并且隨著監(jiān)測環(huán)境的不斷擴大，測繪工作人員還需要對海洋所覆蓋的更遠處做調查。剛進入了較深的海域監(jiān)測范圍時，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。這時通過使用GPS 控制測量設備，可以加強人員所監(jiān)測范圍和廣度，及時預測水下地形中是否存在影響人員安全的生物或復雜地形。并通過精準定位和在水下地形投入速度較快的光線，根據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，以及在這個過程中是否拍攝到了海洋生物。先確認適宜這類生物生存的復雜地形，再根據生物的生存狀態(tài)和光影，所能拍攝到的最底層生物種類，完成對整個監(jiān)測范圍內的海洋地形圖繪制。并通過二次測量和生物監(jiān)測，確認在地形圖中是否存在標注錯誤的具體情況。在一些人員可以利用下潛形式實地拍攝的景象中，進行使用GPS 控制測量技術的模擬觀測，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，導致的有去無回基本現(xiàn)象。根據水利測繪得到的數(shù)據，建議政府設置一個禁止他人或設施下潛的最低深度，保障水下地形的自我修復屏障，使整個環(huán)境資源得到保護和長期的有效應用[2]。

4、GPS 控制測量降低水利測繪技術成本

每片區(qū)域的水下地形，都會存在獨特性以及水下地形。這是人員在水利測繪工作中，所不能改變的實際狀況，也是必須通過工作內容進行監(jiān)測的重要前提。當一個環(huán)境能夠隨著人員的進入，而發(fā)生相對劇烈的變化時，那么說明人是控制這個環(huán)境的變量，并且已經對環(huán)境產生了不可逆轉的惡劣影響。在這種情況下，人員必須要通過水利測繪，來確認環(huán)境當中的哪些異常情況，是由于人為介入導致的。并通過利用GPS 控制測量技術的形式，來確認有哪些不良環(huán)境，是可以通過有效方法來進行改善。由于環(huán)境本身的復雜性情況。測繪工作人員需要對不良環(huán)境當中的所有地形進行測量，并針對不同位置的地形異常變化，確認要改變這樣的環(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?shù)厝丝偸莾A倒各種生活垃圾和被污染過的廢水，導致一些生物出現(xiàn)死亡或變異現(xiàn)象。那么這時測繪工作人員，可以通過觀察類似現(xiàn)象，確認河流環(huán)境已經被人為做污染。而對其進行的水利測繪工作，主要是對產生污染的各類化學元素進行采集。具體測量環(huán)境中容易堆積污染物質的地形，確認污染度較強的環(huán)境范圍。這時使用GPS 測量技術，可降低人工在檢查及確認環(huán)境范圍的技術成本。并通過反復確認環(huán)境當中的地形，來對整個污染監(jiān)測單位，確認由于河流流向導致的污染影響。通過繪制需要改變的環(huán)境地形圖，確認具體改良環(huán)境所需求的水源凈化措施，有效降低人工干預環(huán)境、水下地形的技術投入成本。而對于沒有任何要求的水利測繪工作來說，GPS 控制測量技術的使用成本較低，且能保存較多的數(shù)據，直接上傳至監(jiān)測系統(tǒng)中，方便人員確認監(jiān)測范圍和這個范圍中的環(huán)境是否完全，逐步推動了測量技術在精準度和有效性上的發(fā)展，讓相關工作內容的投入成本，都由此而得到了控制[3]。

5、GPS 控制測量增強水利測繪導航功能

有很多的水利測繪工作內容，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)比較常見的洪澇災害，必須通過數(shù)據的監(jiān)測和相應措施，來進行災害現(xiàn)象的防治。這就導致測繪工作人員首先要利用監(jiān)測設備，先對需要拍攝的水下地形進行深度的測量。之后再根據可以人為下潛環(huán)境，和人眼觀測深度的實際情況，確定某一環(huán)境的水質是否安全、可供周邊居民使用。要是確認環(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，獲取數(shù)據即可。這時的人員工作方向，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)實現(xiàn)整體環(huán)境地形圖的導航，現(xiàn)在每個復雜地形下都進行了取樣，沒有放過任何一個可能存存在重要數(shù)據的環(huán)境因素。并對洪澇災害發(fā)生前后的數(shù)據進行對比，了解測繪工作人員所取樣的數(shù)據，是否能夠代表現(xiàn)在水下地形的實際狀況。針對數(shù)據準確性的檢測結果，進行同一地形不同時間的多次取樣，最終根據導航結果和監(jiān)測實際情況。分析這樣的水下地形，是否存在隱藏水資源或礦產及微量元素，幫助當?shù)鼐用駥λ碌匦芜M行科學保護和利用。優(yōu)先發(fā)揮GPS 控制測量導航功能，在幫助水利測繪工作了解水下地形時的定位效果，使最終結果較為準確。如果這時仍舊采用人工或普通地圖導航技術，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

水利測繪工作所獲取到的數(shù)據，大部分是有關于地形及地貌的最高點數(shù)值。當一個水下地形的地貌過于復雜時，監(jiān)測設備便只能根據水源呈現(xiàn)出來的顏色，對這個地貌所覆蓋的具體范圍進行確認，而不能夠對整個地貌當中的水下地形及可能隱藏的多種資源進行具體拍攝。這主要是源于很多數(shù)據的確認，需要人工來進行隱藏式拍攝照片的判斷。而并非是對類似的照片，進行利用設備快速確認的方式，來做最后的判斷和數(shù)據分析。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)據上傳至人工監(jiān)測系統(tǒng)中，幫助測繪工作人員篩選出當中存在重復性的數(shù)據。對一些相似性較高的照片，進行利用導航功能確認是否為同一地點拍攝的提示。這樣測繪工作人員就能夠根據生物生存的地貌，確認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雜地形。并根據目前位置的監(jiān)測地形情況，前往照片的具體拍攝位置，實地確認監(jiān)測設備所拍攝影像的真實面貌。對以往分析得出的錯誤地形情況，進行以實地拍攝范圍和距離為基準的矯正。這就使GPS 控制測量技術的使用，真正發(fā)揮了幫助人員完成數(shù)據分析過程的基礎使用，為完善水利測繪工作內容提供了真實證據。

7、GPS 控制測量避免人員間的通視障礙

當水利測繪工作需要對某一范圍較大的水下地形進行監(jiān)測時，就需要根據這個環(huán)境中的可視范圍和需要人為進行采集的數(shù)據情況，請部分測繪工作人員共同進入環(huán)境中完成數(shù)據測量。一是減少實際的測量工作時間，二是方便人員之間及時溝通自己所觀察到的異?，F(xiàn)象。同時在使用的監(jiān)測設備中上傳拍攝照片，調整不同拍攝角度下的監(jiān)測死角，避免設備因方位或磁場現(xiàn)象，所導致意外損傷或數(shù)據不能及時上傳的現(xiàn)象。由于部分水下地形的透明度較高，導致人員即便距離較遠，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、產生脫水現(xiàn)象。此時，GPS 控制測量技術可以實現(xiàn)對人員位置的精準定位，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到達了哪些指定地點，以及上傳至監(jiān)控設備的照片在哪個地點進行的拍攝。避免人員在近距離接觸時，沒有發(fā)現(xiàn)對方而產生肢體上的碰撞，或受到透視障礙的影響，出現(xiàn)一些類似于進入海市蜃樓的幻覺。一方面保障水利測繪拍攝任務的順利進行，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)行此類任務的測繪工作人員，有時還會因看到的彼此距離過近，直接摘下氧氣罩進行溝通。最終的結果，就是受到影響的人員，必須馬上返回水面以上換氣，進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)場宣傳和引導的形式，使用此類進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

當一個測繪工作人員進入到監(jiān)測死角后，他的行為是不受任何人員指導所控制的，更多的是根據自己街道的工作任務，來對目前看到的所有景象進行拍攝，以便回到陸地之上能夠發(fā)現(xiàn)有用的照片。很多人認為監(jiān)測點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)境中進行自由的潛行。只要在儲備氧氣用完之前，及時返還到水面以上的監(jiān)測距離即可。就導致人員對GPS 控制測量技術的依賴性較強，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。當有人在水下地形中失聯(lián)時，那么其他的測繪工作人員就必須要對其進行尋找。然后在找到這個人的過程中，對周邊的所有水下地形進行拍攝，以備不時之需，并針對這個環(huán)境中存在的復雜地形及地貌，做具體的數(shù)據分析和GPS 數(shù)據定位上傳。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容，讓水利測繪工作結果更加真實的體現(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上傳。而正是其通過衛(wèi)星定位的較強信號，才使得水利測繪工作有了更大的動力和改進空間。

9、GPS 控制測量應用后的數(shù)據誤差減少

水利測繪工作在人工采集數(shù)據方面，培養(yǎng)了大量懂得專業(yè)知識的人才。同時也對不同的水下地形，進行了有關水下地形和復雜地形情況的實際分析。這就導致數(shù)據成為了最為關鍵的基礎內容，一旦出現(xiàn)了較為嚴重的誤差，將會導致整個工作的結果呈現(xiàn)出錯誤方向，影響所有測繪工作人員的實際工作成果。以往采用全方位的人工監(jiān)測手段收集到數(shù)據，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的環(huán)境位置測量，存在相對大的誤解和測量數(shù)據誤差。而當應用了GPS 控制測量技術及系統(tǒng)后，最低的數(shù)據誤差降低到了0.01%以內。這在相對大的范圍內，降低了水利測繪工作的誤差結果，讓整個工作的技術含量和成果，都有了極大程度上的增強。而從事數(shù)據測量、分析等崗位的測繪工作人員，也能夠及時根據他人反饋的結果，對原本的數(shù)據模板進行修改和地形圖數(shù)據中的調整，更加清晰直觀的體現(xiàn)水下地形立體度，使大家對整個環(huán)境的掌握能力，又有了更高水平上的技術發(fā)展。

結語：

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