南水北調工程總干渠安陽段施工測量中GPSRTK技術的應用

高承恩，李德明

（1.河南科光工程建設監理有限公司，河南鄭州450003；2.河南省白龜山水庫管理局，河南平頂山467031）

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南水北調工程總干渠安陽段施工測量中GPSRTK技術的應用

高承恩1，李德明2

（1.河南科光工程建設監理有限公司，河南鄭州450003；2.河南省白龜山水庫管理局，河南平頂山467031）

摘要：在水利工程施工測量中，由于施工環境復雜，對測量工作的限制因素比較多，如果使用常規的測量方法測量效率很低。GPS RTK技術是一種新型的測量技術，具有測量準確度高、作業量小、施工效率高等優點。文章通過實際案例，對GPS RTK測量技術的工作原理、施工測量流程、GPS RTK的放樣等進行了介紹，并取得了良好的應用效果。

關鍵詞：南水北調工程；總干渠安陽段；施工測量；GPS RTK技術應用

在工程測量的過程中，GPS測量技術可以對測量進行有效的控制，可以為動態測量帶來較大的方便［1］。RTK測量狀態下，參考站使用數據鏈把測試得到的數值和測站坐標發送給流動站，流動站不僅僅是接收衛星傳輸的信息，還接受由數據鏈傳輸的參考站信息，并在系統里面形成差分觀測信息同時實現實時處理。

采取這樣的測量方法，測量的精準度可以精確到厘米級，RTK測量所傳輸的坐標是三維的，可以使工作人員的勞動強度大大降低，實現了自動化操作，不但省時間，而且精準度還比較高，使工作效率得到了明顯的提升，經濟效益佳。

1　案例介紹

該項目包括4座渠渠交叉建筑物，3座公路交叉建筑物及總長4455.2m的渠道工程施工。該渠段以半填半挖為主，長4455.2m。渠道最大挖深7m左右，最大填高13m左右。沿線巖性以壤土、黃土狀壤土為主，全部為土質渠道。

渠道為梯形斷面，設計渠底寬度為17m，渠道內一級邊坡1∶2，渠底高程85.349～85.190m，一級馬道（堤頂）寬5.0m，外坡1∶1.5～1∶2，渠道縱比降為1 /28000。堤頂至渠底深最大為9.10m。

渠段進出口設計流量235m3/s，設計水位92.349～92.190 m，設計水深7m。加大設計流量265m3/s，加大水位92.724～92.560m，加大水深7.375～7.370m。一級馬道高程94.27～94.29m。由于地理環境復雜，研究使用GPS RTK技術來進行測量。

2　GPSRTK測量技術工作原理及測量基本流程

2.1GPSRTK測量技術的工作原理

GPS RTK測量使用實時差分核心技術，它將載波相位測量高度和數據傳輸技術進行有機的結合。它的主要工作原理是將GPS接收機安裝到制高點上，安裝的位置要求視野開闊、易于安裝機器、且遮擋物較少，采集到的載波相位觀測數值調整到基準站電臺的載波頻率上，借助基準站電臺將數據傳輸出去，這樣可以實現對衛星實時監測，所有觀測到的數據借助無線電傳輸機器隨時輸送給GPS接收器［2］。

GPS接收器在收到衛星信號的時候，觀測到的信息經過無線接收設備接收，依據觀測得到的信息結合流動站和基準站的載波相位觀測數據來推算三維坐標系和流動站的精準度。

2.2施工測量的基本流程

2.2.1施測程序

該工程的施工測量工作將嚴格按照《水電水利工程施工測量規范》（DL/T5173-2003）有關施工規范的技術要求進行，且按合同規定的時間與范圍，及時向監理工程師報送有關的測量成果。工程測量一般分為測量前的準備、控制測量、施工測量、進度測量和竣工測量。如圖1所示。

圖1　施工測量流程圖

2.2.2施工測量組織工作

由項目部專業測量人員成立測量小組，依據業主2007年1月提供的長江勘測規劃設計研究院編制的《南水北調中線一期工程渠線C級GPS網安陽段1954年北京坐標系1°帶成果表》的坐標點和高程控制點先進行原始測量點的復核工作。

在復核無誤的情況下，把原始測量點進行控制測量加密，包括平面控制測量與高程控制測量。在此基礎上完成整個工程的測量定位放線、高程抄平控制等工作。

按規定程序檢查驗收，對施測組全體人員進行詳細的圖紙交底及方案交底，明確分工，所有施測的工作進度及逐日安排，由測量小組長根據項目的總體進度計劃進行安排。

3　加密、復測施工控制網的構建

3.1復測前的準備工作

該工程共計使用GPS接收機的數量為3臺，型號為南方S86T雙頻。

（1）對施工現場進行認真的勘察以后，決定使用圖上設計的方案。

（2）依據有關規定和優化設計要求，使用網型設計效果最佳，在實地測量以前，依據星歷預報的信息制定有效的觀測方案。

3.2GPS靜態測量

依據施工要求對20個首級施工控制點進行了實地復測，對16個二級控制點進行加密處理。使用邊點混合式的布網方式設置控制網，觀測時段的長度在60min以外。

基線在進行處理以前一定要觀測所有點的星歷預報，將那些質量較差的清理掉，這樣可以確保基線的精準度較高［3］。基線解算的時候，通常會使用到南方測繪GPS來進行信息處理，GPS技術無法實現三等水準精準度的標準，因此每一個控制點所使用的高程為聯測式的。

4　GPSRTK放樣

4.1計算坐標轉換參數

工程坐標系和WGS-84坐標系是GPS RTK測量的關鍵內容，高精準度的轉換參數可以提升GPS RTK測量的精準度，在南方GPS RTK測量之初，借助已知的控制點信息求解坐標系轉換參數，轉換參數的數目為7個，使用南方工程軟件可以將這些數據進行保存，這些參數在每次測量之初只要調用進行簡單的核準就可以使用。

4.2導向的校正

在轉換參數的過程中，校正導向是一個非常好的工具。因為在GPS使用過程中無論輸出還是輸入都是WGS84坐標，因此，大部分GPS在使用過程中采用的方式一般為：在已經知道的點上架設基準站，然后輸入WGS84坐標來對基準站進行啟動。

這種方式具有一定的缺陷，就是在使用過程中，每使用一次就必須將基準站與控制器進行一次連接，在進行外業時有一定麻煩。

如果使用校正導向，就會避免這種麻煩，可以在任何一個點進行架設基準站，這樣避免了很多麻煩，方便了使用，但是有一個需要注意的問題：校正導向是在轉換參數已經打開的基礎上進行的。

4.3測量斷面信息

該斷面測量工程的數量較多，假如使用以往的測量辦法，需要耗費大量的人力、物力和財力，使用GPS RTK測量技術結合施工坐標來施工省時省力，兩人兩天的施工效率和兩組全站儀一周的施工效益相同，這樣工作效率明顯的提升了。

橫斷面測量前，要將設計路線信息和橫斷面信息調入頁面中，將“橫斷面設計文件”打開，依據測量的實際信息量將文件調入其中，這樣就可以進入到橫斷面線路測量的頁面，依據圖示移動光標使其和設計的信息相同或者是誤差在有效的范圍之內，這樣就可以點擊“距離”按鈕進行采點測量［4］。

測量的時候可以使用快捷鍵來操作，測量前確保所有的參數在有效的范圍之內，信息采集結束，按照自己的要求轉換保存格式。

4.4 放樣施工

一般在施工過程中會使用RTK方法進行放樣，只需要把坐標在放樣文件中編好，將不同的坐標輸入不同的放樣點中，接下來點入放樣指示界面，在這個界面中會顯示放樣點與當前點之間的距離，依據顯示的局里調整放樣的位置。

當與放樣點的距離在90cm以內時，在軟件中會自動提示進入精確放樣的界面，這時候還會自動產生提示音，一般都是一聲長鳴，“嘟”的一聲提示音后，會在界面中產生30cm、60cm和90cm為半徑的圓圈，進入不同半徑的點都會有提示音出現，有一個精確局部進行放樣的按鈕，點擊后會出現精確放樣的設置界面。

在這個界面中會有不同的兩個設置，放樣顯示和放養提示。在放樣提示這個設置中可以選擇放樣的最大半徑和最小半徑，以及設置不同提示音。放樣圈的個數與最小值和最大值有關系，一般會是最大值是最小值的整數倍的那個數值。在這個界面還具有測量功能。

放樣時最好使用快捷鍵，能夠節省大量的時間。快捷鍵數字8為上一個放樣點，數字9是放樣點的查找。對工程放樣是一個非常好的方式，不論是基礎的處理還是回填開挖都會應用RTK放樣技術。

4.5線放樣

線放樣一般指的是直線放樣，線放樣有自己的坐標庫，打開后，首先選擇與放樣一致的直線（一般在文件中存在已經完成的放樣線），一旦在文件沒有找到使用的放樣線，可以點擊增加這個按鈕，在界面中輸入終點和起點的坐標，就會形成你想要的樣線。

若想在文件中顯示里程信息，則可以在輸入時輸入里程數據，因此在界面中不同的位置就會顯示不同的里程。

線放樣有兩個設置：顯示設置和提示設置。提示設置中的最大值指的是與放樣直線之間距離最大的兩條平行虛線之間的距離，最小值是指與放樣直線之間距離最小的兩條平行虛線之間的8距離。一般平行虛線的個數是最大值與最小值之間的整倍數。當前點移動到整數里程的時候會有提示音。

5　結論

當前，在施工測量過程中，都面臨著怎樣在保證測量精度的同時，又保證測量效率的問題。采用RTK技術進行測量，是一個非常好的技術手段，不但具有操作簡單的特點，而且測量精度也非常高，能夠快速測定地物點以及地形點的坐標，所以在水利工程中，RTK技術應用非常重要。

該工程通過使用GPS RTK測量技術，在保證測量精確性的同時，提高了測量精度，圓滿完成了工程測量任務，具有一定的借鑒引用價值。

參考文獻

［1］張冠華.論水利水電工程中GPS RTK測量技術應用［J］.廣東科技，2009（10）.

［2］陳贊輝.淺析GPS技術在水利工程測量的應用［J］.中國城市經濟，2010（06）.

［3］尹景偉.淺談GPS RTK技術在水利工程測量中的應用［J］.江蘇水利，2012（11）：325-326.

［4］陶歆貴.GPS RTK技術在水利工程測量中的應用［J］.銅業工程，2007（02）.

［5］DL/T5173-2003.水電水利工程施工測量規范［S］.

［6］JTJ041-2000.公路橋涵施工技術規范［S］.

［7］盧萍.GPS-RTK技術在水利工程放樣中的應用［J］.水利電力機械，2007（11）：145-146.

［8］艾斯克爾·努爾.全球定位系統（GPS）技術在水利工程中的應用［J］.水利技術監督，2011（02）：30-31.

中圖分類號：TV221.1；P228.4

文獻標識碼：B

文章編號：1008-1305（2016）01-0090-03

DOI：10.3969 /j.issn.1008-1305.2016.01.031

收稿日期：2015-07-28

作者簡介：高承恩（1983年—），男，工程師。