分析水利工程斷面測繪中RTK測量原理及其應用

摘 要：水利工程斷面測繪中RTK技術的應用可有效規避常規測量方法帶來的弊端，具有精度高、誤差小、省時省力等多重優勢，對于水利工程管理具有積極意義，值得大力推廣應用。

關鍵詞：水利工程；斷面測繪；RTK；測量；

中圖分類號：P25 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-07-00-02

GPS-RTK技術目前廣泛應用于多個行業、多個領域的定位技術，具有全天候、高精度、方便快捷等諸多優勢，在目前地籍測量、空間測繪、水利測繪中具有良好的應用前景。水利工程斷面測繪中應用RTK技術可顯著解決傳統測量方法的精度差、費時耗力等問題，對于確保水利工程建設質量和效率帶來了不少好處。下面我們分析下水利工程斷面測繪中RTK技術的原理及應用。

一、RTK技術的工作原理

RTK技術主要設備包括無線電發射及接收天線、GPS接收機、三腳架、基座等諸多設備及數據采集和處理軟件等。RTK技術的工作原理為實時差分測量技術，通過對比基準站和流動站上發射的GPS衛星信號所反饋的觀測值和已知位置信息，獲取差分改正值并及時傳遞給公共衛星流動站精化，經差分改正后獲取流動站較為準確的位置信息[1]。RTK工作流程圖見圖1。

圖1 RTK工作流程圖

RTK技術既可獲得平面坐標也可提供高程值測量定位，在水利工程測量中多使用雙頻接收機進行靜態定位，誤差為毫米級，尤其是在河道水庫的首級平面控制測量中，靜態測量達到D級精度，河道水庫橫截面、水位、河岸碎部點測量可使用動態RTK測量。平常測量中所采用的坐標系主要以54坐標系和西安80坐標系為主，GPS接收機采用WGS-84坐標系，二者需要進行轉換。我們建設某地觀測點A處的坐標為，則其他地方的坐標描述如下：

以上二者的變換方法被成為布爾薩七參數法，通過變換坐標系統完成計算，不過弊端是轉換嚴密性欠佳，但是對于小范圍內精度測量較為適用，且計算方便應用簡單，是使用頻率較高的方法，在水利工程測繪中也是較長使用的方法。

二、水利工程斷面測繪TK技術的應用

水利工程斷面測繪是為了確保建筑精度與質量，以河道為例，確保河道達到規定的防洪標準，尤其是如果河道兩岸有大量植被影響常規測量方法的實施或者有遮擋物影響導致無法測量，使用RTK技術就變得十分必要，且能夠有效減少人力與物力消耗，盡早解決問題。

RTK測量具有多重優勢，實時動態動能可隨時對水利工程、河道等進行數字化、自動化測量，全天候作業滿足應急需求，減少錯漏失誤等情況發生；其具有的自動導航定位功能可在缺乏明顯斷面標識指示的情況下避免流動站與測量點偏離，減少測量失誤，確保及時到位；應用此種技術測量精度高、速度快、機動性強，尤其是流動站在斷面測量的速度與人行走步幅速度相當，采點時間短，滿足多個精度需求的斷面測量工作；RTK技術自身所具備的自動化與數字化處理優勢可在短時內快速計算出成果，比起常規方法耗時耗力的情況無疑能夠極大的減少工作人員負擔，做好數據的存儲與處理，提升測量工作的效率與質量[2]。比如黃河河道斷面的測量就使用了測量船與RTK基站、流動站準確完成河道水深的測量。

水利工程多數以防洪發電和水利調度兩大任務為主，作為影響水庫性能的重要技術參數，二者的測量精度直接影響到日常發電、灌溉、防洪與調度等事宜，所以需要經常對工程斷面進行測量，了解庫容情況與泥沙淤積情況，是一種工作量小但是持續時間長、影響大的任務。所以，準確性必須高，采點數目要多，以達到精度需求。RTK技術的出現正是解決以上這些問題的最佳手段。

我們以水庫測量為例進行分析，測量時，基準點假設接收機，流動站安裝在兩艘測量船上，分別測定水庫岸線與水深，配合接收機、聲吶探測儀、計算機等聯合使用。選用1：4000測圖比例尺，等深距1m，相鄰測量點距離20m。使用RTK差分技術定位，聲吶測水深，在觀測條件較好的情況下，考慮到測量船等因素的影響，水底高程點的表達如下：

（3）

測量船上流動站和基準站接收到衛星信號后對已得平面坐標進行轉換計算，考慮到其含有系統誤差，所以實測數據和已得數據之間的誤差必須進行比較，得到系統殘差，并通過無線電臺反饋給流動站上的接收機，最后得到精確坐標值。由于水深測量作業主要有聲吶測深儀、計算機、計算軟件及數據通信鏈等組成，所以測量作業要先完成數據采集，后進行計算處理。數據處理時要將其轉換為可讀取的格式，與岸上的地形數據配合自動生成軟件得到等高線的具體分布情況，并配合其他所得數據完成水庫水深和庫容情況的曲線，由此得到的結果精度高，且省時省力[3]。后續還要對測量數據進行精度驗證，以確保得到最佳結果。

我們選擇某地區水庫為精度驗證對象，對水庫上游6個斷面之間的距離做RTK與全站儀復測比較，比較情況見表1。根據表1對比情況來看，RTK不僅測量精度高，誤差值小，精度完全控制在厘米級左右，完全滿足水庫斷面測繪工作的需求。

表1 全站儀與RTK精度測量比較結果

綜上所述，水利工程斷面測繪中RTK技術的應用具有多重優勢，實踐操作可行，誤差小，省時省力，有效規避了傳統測量方法的多種弊端，保證了測量精度，方便水利工程的管理，值得大力推廣應用。

參考文獻：

[1]馬大喜，溫旭.淺談GPS在水利工程測量中的應用[J].科技情報開發與經濟，2013（18）

[2]丁永升.淺析GPS 在水利工程測量中的應用特點[J].甘肅水利水電技術，2012，46（ 8）

[3]黃會寶，董林，楊自強.GPS測量技術在瀑布溝水庫斷面測量中的應用[J].水電自動化與大壩監測，2014，35（5）