三角測量在水利工程測量中的應用研究

□包德高（遼寧省水利水電勘測設計研究院）

0 前言

在當今的水利工程領域中，隨著社會生產力不斷的發展，GPS這種技術也在此領域中開始大大的推廣使用了，但是這項技術也不是完美的。通過使用三角測量，可以彌補一些GPS所受的限制，保證精度的要求。

1 G PS的發展現狀

GPS這種全球定位技術是美國研發的一種導航系統，它的特點就是全球連續實時定位，可以為有需求的用戶們提供相當精準的定位，包括所需的坐標、速度等相關的信息。GPS定位技術包括以下兩方面：一是單點的定位，二是相對的測地的定位。一般情況下，前者是主要的應用方式。GPS主要由兩個部分組成的，一個是空間衛星群，另一個是地面監控系統。空間的衛星群一般在6個軌道是均勻分布的，它的軌道和赤道之間的傾角大約55°左右，這樣的分布可以保證成功的接收4到11個GPS衛星發出的信號。

RTK技術是一種實時的動態定位技術，這種技術是載波相位動態實時差分技術的簡稱。它是根據載波相位的觀測值來進行的，它可以不間斷地為用戶提供所測的站點在指定的三維坐標的定位結果，其相應的精度要求也可以達到厘米級，具體要求見表1。在這種技術的作業模式下，基準站是通過無線電的數據鏈條把它所觀測的結果和測站的坐標信息一并發送給流動站。而流動站不但可以接收基準站的載波相位信息，還接收通過GPS衛星傳輸的相應載波相位信息，并組成相位差分觀測值從而進行實時的定位。載波相位差分GPS可以分成兩種類別：一個是基準站把載波的相位修正量發送給所需的用戶站，從而改正相應的載波相位，進而可以求解坐標；另一個方面就是把基準站所采集的載波相位發送給所需的用戶進行求差，從而進一步的解算坐標。事實上，第一種類別是屬于準RTK技術，而第二種類別才是真正的RTK技術。如果想要取得高精度的實時動態坐標，RTK儀器現在一般采用的是載波相位差分進行測量。而在進行載波相位差分測量的關鍵一點是要求進行取整周模糊度。

表1 G PS測量基本要求表

2 G PSR TK缺陷

隨著國家經濟社會的發展，我國水利工程也有了很好的發展機遇，給水利勘察和設計提出了更高的要求伴隨相關領域軟件技術和硬件設備的發展，這個行業也開始逐漸的CAD化，為后期一系列相關的工作提供了便利，包括勘察、設計施工和管理等。RTK(Real Time Kinematic)技術是載波相位動態實時差分技術的簡稱，它具有高效率的實時動態，定位技術，可以在作業現場提供經過檢驗的測量成果，而且可以在保證精度的狀態下，擺脫后處理的負擔和外業返工的困擾。但目前情況下，實際的測量工作仍然使用比較多的是全站儀，容易受到各方面因素的影響，如強度大、效率低、周期長等相關因素，勘察領域中引入GPS這種技術就非常必要了。然而GPS剛剛應用，需深入推廣。另外，這也與衛星的信號質量有密切關聯。眾所周知，一般衛星的信號在穿越大氣層的時候，都會受到電離層、對流層的影響，如電離層的折射、對流層的延遲的影響等，這些因素都會使衛星信號的質量受到或多或少的干擾，進而影響到衛星信號的傳輸質量，在這樣的情況下，一些地區就會因此而不能使用RTK進行測量。一般情況，在GPSRTK的整個定位的過程當中，誤差的來源一般分為以下3類：第一類誤差主要是由于用戶的接收機是公有的，這樣就可能導致類似于衛星鐘誤差、星力誤差、傳播的延遲誤差等這樣的誤差情況，第二類誤差主要來源于每一個用戶的設備都是固有的，它可能帶來如下誤差，如內部的噪聲、信號被干擾、氣象條件的影響誤差，接收機位置帶來的誤差，坐標系統的轉換帶來的誤差等等。第三類誤差來源于基準轉換的誤差。例如，已知的控制點可能存在誤差，坐標系統轉換的誤差，大地水準面差距的內插誤差等，考慮到這項技術可能會受到區域性的大地水準面精度、坐標系統不一致等多方面的影響，GPS RTK的高程精度就一直被認為是不可靠的。鑒于上述原因，這項技術在我國的高程精度測量工作中就很少被采用。如果需要用到本地區的參考橢球面來作為基準，還需要考慮到在本地的橢球面和WGS-84橢球面之間所存在的差異，這是考慮到GPSRTK這項技術所測得的是以WGS-84橢球面作為基準的大地高，因此說需要對兩個橢球面之間的高程異常差來進行考慮。

3 三角測量的優勢

基于上述關于GPS的一些缺陷所在，三角測量的優勢就體現出來了，由于三角測量被人所熟知，并且這項技術的操作也較為簡單，所受的限制也較少，尤其是精密三角測量。精密三角測量使用的是兩臺精度相當高的智能全站儀，并且也進行了改進，可以做到雙向觀測，減少了大氣折射等帶來的不利影響，RTK技術主要是根據所載波相位觀測值來進行實時差分的。它是這個領域的一個新突破。眾所周知，不管是靜態方式的定位，還是準動態方式的一個定位模式，如果數據處理的速度滯后了，不能夠實時的計算出定位的結果，同時也無法對數據進行檢核，這樣就很難保證數據的有效性了。然而日常工作中，誤差引起結果的不合格導致返工的事情常有發生。想要解決這個問題，就需要延長觀測的時間，從而保證所測量數據的可靠程度，但是這樣會影響到測量的工作效率。

PTK系統一般情況下包括兩種定位模式，一種是快速的靜態定位，還有一種就是動態定位。這兩種模式的相互結合使用在水利工程中更加完美。首先，對于第一種定位方式，要求GPS靜止觀測，同時要接收衛星的同步數據，進而可以保證實時求出所需的三維坐標。一旦求出的坐標穩定，并且符合精度方面的要求，就可以結束觀測了。一般的控制測量采用的是控制網加密，但是如果采用常規的測量方法，容易受到天氣的影響，惡劣的環境下是難以順利實施的，但是采用PTK系統，就可以獲得很好的效果。一般情況下定位一點的時間僅為5～10 min。隨著國家科技水平的進一步提高，這種技術也會隨著提高，所需的時間也會進一步縮短。那么在水利工程領域就可以用來替代全站儀進行測量。RTK這項技術測量可以做到快速定位，同時也可以實時掌握其結果。在進行測量時，第一步是根據地形來估量，然后就可以形成數字化的管道地形圖。對于采集地形點，完全可以一個人完成，這樣既節省時間更節約人力。盡管這項技術和傳統的方法相比，優勢較多，但是它也有劣勢所在，其一，受衛星的影響，在一些樹木眾多、深林茂密的地區，衛星信號就會被遮蓋，從而受到影響，這樣就會使得這些地區的定位受到影響，產生一些假定位的現象；其二，衛星信號穿越大氣層時，受到對流層等干擾影響，這樣就導致一些地區不能夠使用這項技術。

4 結語

綜上所述，文章對GPS RTK進行了詳實論述，并對其缺陷進行了相關的分析，結合三角測量法發展狀況進行對比分析，突出了三角測量法在其相關領域中的優勢所在。通過文中對比研究分析，為三角測量更加廣泛地應用奠定了堅實基礎。