多個GPS 定位平臺在灌區(qū)小微水體調(diào)查中的協(xié)同應用

魯 芳 李 勇 李金萍 張 濤 向 鵬 張明博 李 鑫 鄭祥榮

（1、三峽大學水利與環(huán)境學院，湖北 宜昌443002 2、宜昌市東風渠灌區(qū)管理局，湖北 宜昌443002 3、枝江市水利和湖泊局，湖北 枝江443000）

“產(chǎn)業(yè)興旺、生態(tài)宜居、鄉(xiāng)風文明、治理有效、生活富?！笔屈h的十九大報告提出的實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的總要求。其中，生態(tài)宜居是實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的關鍵環(huán)節(jié)，以優(yōu)美宜人的環(huán)境帶動鄉(xiāng)村其他領域的進步與發(fā)展，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化。然而，對于廣大農(nóng)村地區(qū)，尤其是現(xiàn)代化大型灌區(qū)，其對生態(tài)資源的管理方法和制度上有待加強和完善，例如灌區(qū)內(nèi)的部分小微水體無人問津、疏于管理，加之“人進水退”、亂占亂排等，導致流通阻斷、生物棲息地破壞等問題，已然成為水生態(tài)文明建設的“盲點”和“難點”，也是灌區(qū)現(xiàn)代化建設中面臨的一個重要問題。要加強其管理，首先是要對灌區(qū)內(nèi)的小微水體進行普查統(tǒng)計。

在當今快速發(fā)展的社會，如何實現(xiàn)繁重工作的簡化，是我們努力的方向。結(jié)合東風渠灌區(qū)及枝江市小微水體環(huán)境普查工作的經(jīng)驗教訓，本文提出了一種綜合運用BIGEMAP 地圖下載器、奧維互動地圖、GPS 實時海拔、GPS 工具箱等多個GPS 定位平臺及應用工具進行調(diào)查及數(shù)據(jù)處理的工作思路，降低野外勞動強度，提高工作效率，適用于大型灌區(qū)及交通不便、位置偏遠的地區(qū)。

1 軟件介紹

1.1 BIGEMAP 地圖下載器

BIGEMAP 地圖下載器是成都比格圖數(shù)據(jù)處理有限公司所屬品牌名稱，比格圖是中國專業(yè)化的數(shù)字地圖解決方案提供商，包括數(shù)據(jù)處理、加偏、校準、離線地圖部署等一系列功能，涉及幾十個行業(yè)領域。在小微水體調(diào)查中，充分利用BIGEMAP 地圖下載器的衛(wèi)星遙感系統(tǒng)，在地圖上標記繪制小微水體的地理位置，并導出其坐標，同時估算面積。

1.2 奧維互動地圖

奧維互動地圖瀏覽器是由北京元生華網(wǎng)公司開發(fā)的跨平臺地圖瀏覽器。該軟件同時支持多種知名地圖，并能詳細的信息查詢和全球語音導航；同時能進行位置分享和軌跡記錄與分享，因此其精準度較高。在小微水體調(diào)查中，充分利用奧維互動地圖的精準性，導入目標小微水體的坐標信息，實地導航。

1.3 GPS 實時海拔

GPS 實時海拔是一款實時海拔測量軟件。該軟件提供GPS實時海拔顯示、當前坐標實時經(jīng)度緯度以及含氧量顯示、實時手機指南針功能，并能夠通過水印相機將當前實時海拔、經(jīng)緯度坐標、時間地點、溫度等信息顯示水印照片以便記錄。在小微水體調(diào)查中，充分利用GPS 實時海拔實時信息直觀表達的功能，拍水印照片快速記錄經(jīng)緯度、海拔等相關信息。

1.4 GPS 工具箱

GPS 工具箱一款以手機GPS 為基礎的多功能位置服務軟件集，包含多個實用工具，充分發(fā)揮手機的GPS 模塊功能，包含線路追蹤、測速、位置記錄、面積測量等多種工具。在小微水體調(diào)查中，直接利用GPS 工具箱中的面積測量，測量小微水體的面積。

2 流程

本文以湖北宜昌枝江市“清三河”項目的驗收為例，綜合使用BIGEMAP 地圖下載器、奧維互動地圖、GPS 實時海拔、GPS 工具箱等多款地圖地理位置軟件，同時利用Excel 強大的功能對數(shù)據(jù)進行提取、轉(zhuǎn)換，將整個枝江市八個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的小微水體進行普查和清理情況的驗收。

圖1 小微水體普查及驗收工作流程

3 案例

3.1 項目概況

為了持續(xù)推進改善水環(huán)境質(zhì)量，讓鄉(xiāng)村人居環(huán)境整潔優(yōu)美、水清岸綠，湖北省宜昌市枝江市委市政府把“清三河”行動作為實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的一項重要內(nèi)容，結(jié)合農(nóng)村人居環(huán)境整治，在全市范圍內(nèi)實施“潔河流、清溝渠、整堰塘、綠岸線、截污源”五大舉措。其中，整堰塘是指所有非專業(yè)養(yǎng)殖的堰塘、垱 等 公共水域。針對枝江市八個鄉(xiāng)鎮(zhèn)清理之后的情況，依據(jù)整治的標準，對小微水體整治結(jié)果進行復核驗收，同時對枝江市范圍內(nèi)面積50 平方米及以上的小微水體進行全面普查，開展水環(huán)境普查，共建水利大數(shù)據(jù)，助力鄉(xiāng)村振興。

3.2 標繪小微水體

通過BIGEMAP 地圖下載器，在Google Earth 高清影像（無偏移）的地圖上，選擇行政區(qū)域中搜索湖北省宜昌市枝江，則在此區(qū)域會呈現(xiàn)整個枝江的邊界線，但是該項目的研究項目具體到每個村的小微水體，在大地圖上的最小范圍只能搜索到鄉(xiāng)鎮(zhèn)，因此需要結(jié)合各個村界的小地圖，實現(xiàn)圖層的疊加，再進行小微水體標記。

3.2.1 圖層疊加

首先將村邊界地圖以DXF 的格式進行保存。然后通過BIGEMAP 地圖下載器，打開上一步保存的DXF 格式的村邊界圖層，在添加過程中，村邊界小地圖是一個平面坐標，因此其坐標投影選擇投影坐標系，這便導入了村邊界小地圖。但是兩個圖層可能存在一定的誤差，還需要對圖層進行校核以及套合配準，即選擇控制點的開始點和結(jié)束點，使得兩者重合，當然，選擇的控制點越多，大地圖和小地圖吻合度越高。本項目選擇二十個控制點的開始點和結(jié)束點，使得兩者重合進行套合配準。

3.2.2 標記小微水體、計算面積

疊加后的圖層能夠很清楚地在Google Earth 高清影像（無偏移）的地圖上顯示出整個枝江市的各個村名及其邊界線。該地圖按其分辨率的大小可分1-20 級，級別越高，圖像越大越清晰，本項目選擇19 級別的分辨率，在地圖上對小微水體進行標繪點。標繪后按照村批次導出數(shù)據(jù)。

在標繪小微水體點的同時，選擇多邊形選擇，得到小微水體面積，一方面作為實地驗收過程中確定小微水體位置的依據(jù)之一，因為在同一坐標下可能會出現(xiàn)多個小微水體，通過面積的大小，則可進行標記的小微水體與實地的一一對應，另一方面也為實地測量面積作參考。

3.3 實地驗收

下列所述的實地驗收環(huán)節(jié)是針對一個小微水體的調(diào)查步驟，循環(huán)此過程，則對下一個小微水體的進行調(diào)查。

3.3.1 實地導航

根據(jù)前期小微水體點的標繪的導出數(shù)據(jù)，能夠確定每一個小微水體的地理位置坐標和面積，要去實地驗收其清理情況，最重要的是要找準小微水體位置，因此需要精準度較高的導航軟件。奧維互動地圖相較而言，是較為方便的軟件。為了提高工作效率，將小微水體位置坐標提前錄入并做好標記，出發(fā)時直接選擇標記點，利用奧維互動地圖直接導航。

3.3.2 面積核實

在地圖上標記計算的面積作為參考，通過使用GPS 工具箱中的面積測算，圍繞整個小微水體環(huán)繞一周即可得到小微水體面積，BIGEMAP 地圖下載器中估算的面積與實測面積兩者結(jié)合，以達到雙保險的目的。由于GPS 工具箱位置坐標精度依賴于手機本身的GPS 芯片性能和當前的環(huán)境，因此不建議使用GPS 工具箱來定位導航路線，但是測繪面積還是很方便的。

3.3.3 拍照記錄

根據(jù)《枝江市2019 年“清三河”實施計劃》要求，按照“水面無漂”、“岸邊無亂”、“水中無淤”、“無黑臭水體”的衡量標準，記錄小微水體的清理情況，同時利用GPS 實時海拔這一軟件工具進行拍照，便可得到具有實時經(jīng)緯度、時間、地點、溫度等信息的水印照片，快速方便。

3.4 整理數(shù)據(jù)

3.4.1 導入經(jīng)緯度坐標、地理位置

將在BIGEMAP 地圖下載器中標繪的小微水體的點的經(jīng)緯度按村批次導出，在Excel 中打開，為了方便管理和統(tǒng)計，將每個小微水體以鄉(xiāng)鎮(zhèn)名稱加上村名的形式從001 開始依次按順序進行命名，利用Excel 表格中的自動填充選項，鼠標下拉即可獲得。

3.4.2 自動編號

為后期建立小微水體數(shù)據(jù)庫，方便日后管理查詢，將中文拼音首字母加編號的形式作為小微水體的編號，統(tǒng)一編號，建檔立卡，這將應用到Excel 中的宏，具體步驟如下：

a.執(zhí)行“工具→宏→Visual Basic 編輯器”命令（或者直接按“Alt+F11”組合鍵），進入Visual Basic 編輯狀態(tài)；b.執(zhí)行“插入→模塊”命令，插入一個新模塊。再雙擊插入的模塊，進入模塊代碼編輯狀態(tài)；c.將代碼輸入其中；

d.代碼輸入完成后，關閉Visual Basic 編輯窗口，返回Excel編輯狀態(tài)；e. 自定義函數(shù)，選中第一個中文名稱所在的單元格（例如H2），輸入公式："=getpy(H2)"。后續(xù)繼續(xù)使用Excel 自動填充選項，即可得到所有的中文拼音首字母的名稱編號（圖2）。

3.4.3 完善信息

將小微水體其他的信息，例如水域類型、清理情況等錄入完整。

結(jié)束語

圖2 由小微水體編號名稱得到的小微水體編號

綜合利用BIGEMAP 地圖下載器、奧維互動地圖、GPS 實時海拔、GPS 工具箱，以及Excel 強大的運算提取 數(shù)據(jù)功能，對水環(huán)境普查提供便利，雖然有多種衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理的軟件，但充分利用它們各自的優(yōu)勢，以得到更為準確的數(shù)據(jù)結(jié)果，并各自之間加以銜接利用，提高了軟件的利用效率。