GPS-RTK技術(shù)在河道橫斷面測量中的新探索

杜玉河 孔紅梅

河道橫斷面是河道勘測設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要內(nèi)容，是設(shè)計(jì)土方量和河道中心線等工作的主要依據(jù)，此項(xiàng)工作不但任務(wù)重，而且測量復(fù)雜程度也較高。傳統(tǒng)的全站測量方法不但精度低，方位偏離也較大。隨著GPS-RTK的出現(xiàn)，我們利用其線放樣功能，創(chuàng)新了一種新的測量方法(我們可以命名為線放樣測量法)，這種方法不僅測量精度高、速度快，而且極大的減輕了工作量，為后期的設(shè)計(jì)工作提供了更好的測量成果。

1 傳統(tǒng)的河道橫斷面測量方法

傳統(tǒng)的測量方法大都為:鋼尺量距，水準(zhǔn)測樁高，全站儀測斷面。首先，利用鋼尺從河道起點(diǎn)拉距離打樁，根據(jù)設(shè)計(jì)要求50 m或100 m一個斷面，把樁盡可能的打在通視較好的大堤上，以便于全站儀觀測;然后，用水準(zhǔn)儀聯(lián)測所有樁號，平差出所有樁號的高程;最后，用全站儀架設(shè)在中樁上，肉眼估出垂直河道中心線的方向，對其實(shí)施測量。根據(jù)全站儀測量成果，提取出斷面上的平距和高程。這種方法的缺點(diǎn):

1)斷面位置:根據(jù)鋼尺量距打樁，如果鋼尺走向不平行于河道中心線或處在河道的拐彎處，其樁號和實(shí)際樁號誤差在米級以上，而且從河道起點(diǎn)到終點(diǎn)誤差在疊加，在10 km的河道上，終點(diǎn)樁號差值可能達(dá)到幾十米;

2)方位偏離大:在實(shí)際測量中，斷面方向不可能垂直河道中心線，一旦定了測量方向，其方位偏差從儀器位置到遠(yuǎn)處是線性增加的，其偏差肯定在米級以上;

3)測量精度低:由于存在著斷面位置偏差和方位偏差，其測量成果不能正確反映實(shí)際地形，為后期設(shè)計(jì)工作帶來不便;

4)工作量重:全站儀測量人員安排一般為1名觀測、1名記錄、2名跑桿，而且在地形條件較為復(fù)雜(山勢陡峭、樹林茂密、障礙物阻擋)的環(huán)境下測量，有時測量一個橫斷面要搬幾次儀器，明顯降低了測量進(jìn)度。

2 GPS-RTK在橫斷面測量中的可行性分析

GPS-RTK測量技術(shù)以其精度高、速度快、全天候等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)是當(dāng)今測量領(lǐng)域的主要作業(yè)模式，把其技術(shù)應(yīng)用到橫斷面測量，對斷面測量也是一次技術(shù)革新。在河道勘測設(shè)計(jì)中，一般都是先測地形圖，在地形圖上設(shè)計(jì)橫斷面，提取橫斷面的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，作為斷面線的起點(diǎn)和終點(diǎn);在GPS的線放樣功能中，對所測的斷面進(jìn)行放樣，在放樣線上進(jìn)行斷面上特種點(diǎn)的測量。

2.1 GPS-RTK測量精度分析

下面是儀器標(biāo)稱精度，RTK測量是實(shí)時的差分計(jì)算。也就是說，兩臺接收機(jī)(一臺基準(zhǔn)站，一臺流動站)都在觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)，同時，基準(zhǔn)站通過其發(fā)射電臺把所接收的載波相位信號(或載波相位差分改正信號)發(fā)射出去;流動站在接收衛(wèi)星信號的同時也通過其接收電臺接收基準(zhǔn)站的電臺信號;在這兩信號的基礎(chǔ)上，流動站上的固化軟件就可以實(shí)現(xiàn)差分計(jì)算，從而精確地定出基準(zhǔn)站與流動站的空間相對位置關(guān)系。在這一過程中，由于觀測條件、信號源等的影響會有誤差，即為儀器標(biāo)定誤差，一般為平面1 cm+1 ppm，高程2 cm+1 ppm。

2.2 工程測量規(guī)范要求

根據(jù)工程測量對斷面測量的限差要求可知:

其中，f為檢查點(diǎn)至線路中樁的高差，l為檢查點(diǎn)至線路中樁的水平距離。通過對限差公式的分析，距離和工程的最高限差為:fh=0.1 m，fs=0.1 m，通過以上的分析，RTK很容易達(dá)到此精度。

表1 全站儀和GPS線放樣的數(shù)據(jù)對比分析

3 工程實(shí)例

在對臨汾境內(nèi)汾河的勘測設(shè)計(jì)中，斷面測量是一項(xiàng)十分重要的工作。為了提高測量進(jìn)度，保證測量質(zhì)量，經(jīng)過摸索和論證，提出了一種全新的河道測量斷面方法。

我們根據(jù)現(xiàn)有儀器:南方GPS(1+2模式)和人員 3名，分成兩個作業(yè)小組，另外一人看基站。操作步驟如下:

1)斷面線的數(shù)據(jù)處理:在CAD中，我們把斷面線的起點(diǎn)和終點(diǎn)提取出來，以記事本的格式導(dǎo)入GPS手簿;

2)系統(tǒng)校正，線放樣:選擇合適的地方架設(shè)基站，待基站正常工作后，啟動移動站，選擇線放樣功能，把待測斷面生成直線放樣，根據(jù)系統(tǒng)提示，把移動站放置到斷面線的特征點(diǎn)上采集點(diǎn);

3)測量數(shù)據(jù)處理:把外業(yè)采集的點(diǎn)導(dǎo)入電腦，用 Excel提取出生成斷面所需的距離和高程，根據(jù)軟件對數(shù)據(jù)格式的要求，整理斷面數(shù)據(jù);

4)圖形生成:在CAD中，導(dǎo)入整理好的斷面數(shù)據(jù)，斷面自動生成，然后檢查有無異常情況，并根據(jù)實(shí)際地形做相應(yīng)處理。

我們對幾組斷面用全站儀和GPS線放樣的數(shù)據(jù)隨機(jī)抽取做對比分析，見表1。

在斷面線上用該方法測量斷面時，主要是在實(shí)地放置移動站采集特征點(diǎn)，通過系統(tǒng)提示的偏離距和測量員判定特征點(diǎn)放置儀器測量。

在對20組斷面的測量工作中，GPS的測量速度是全站儀的3倍，達(dá)到每小時3組～5組斷面，極大的提高了作業(yè)效率。通過精度的對比發(fā)現(xiàn)，GPS的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于全站儀測量精度。

4 結(jié)語

使用GPS-RTK線放樣功能測量橫斷面是一種可行的測量手段，基本不受天氣、障礙物等通視條件影響，完全改變了傳統(tǒng)測量的作業(yè)模式，不僅大大提高了作業(yè)效率，測量精度也得到大幅度的提高。

[1] GB/T 18314，全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[S].

[2] SL 197-97，水利水電工程測量規(guī)范[S].

[3] 王風(fēng)雷，盧清平.GPS-RTK技術(shù)在水深測量中的應(yīng)用[J].山西建筑，2008，34(12):355-356.