淺析RTK技術(shù)在水上測量中的應(yīng)用

范明華

摘 要：隨著GPS測繪技術(shù)的飛速發(fā)展，RTK成為發(fā)展起來的新趨勢。RTK在水上測量中已經(jīng)被廣泛運(yùn)用，相關(guān)工程建設(shè)會(huì)在水下地形圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行施工建設(shè)，這些地形資料也是保護(hù)水資源、防洪抗汛的重要資料來源。傳統(tǒng)方式相比較，RTK在各方面的優(yōu)勢明顯，這項(xiàng)技術(shù)的工作效率高、測量精度高、檢測范圍廣、操作極簡便，在實(shí)際工程項(xiàng)目建設(shè)中具有較高的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：RTK技術(shù)；水上測量；地形測量

測繪科學(xué)技術(shù)的重要組成就是地形測量，在相關(guān)海道、湖泊測量中，地形測繪構(gòu)成主要內(nèi)容，GPS技術(shù)掀起了測繪界技術(shù)革命式翻越，這項(xiàng)技術(shù)集測量精度高、自動(dòng)化操作、工作效率高于一身，RTK技術(shù)的增色，進(jìn)一步使得傳統(tǒng)測繪技術(shù)發(fā)生根本性改變，測繪水平不斷達(dá)到新的高度。這項(xiàng)技術(shù)在一定程度上有利于提升水利服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的能力，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)開發(fā)、利用以及保護(hù)。RTK的成功運(yùn)用將傳統(tǒng)地形測量階段推向數(shù)字化測繪階段，這些集成處理技術(shù)簡單、快捷，是先進(jìn)的測量技術(shù)。

1 RTK技術(shù)的應(yīng)用原理與基本思路

RTK技術(shù)是GPS技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)傳輸功能中組成部分，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)定位的工作，是近些年來在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的基礎(chǔ)上飛速發(fā)展起來的新型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位的技術(shù)。一般情況下分為基準(zhǔn)站和流動(dòng)站兩個(gè)部分。基準(zhǔn)站會(huì)將衛(wèi)星傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)連續(xù)不斷發(fā)射出去，流動(dòng)站負(fù)責(zé)接受并處理數(shù)據(jù)，經(jīng)初始化信息將被傳輸至控制器內(nèi)，實(shí)時(shí)計(jì)算載波相位的觀測值以獲得諸如坐標(biāo)、高程在內(nèi)的系列指標(biāo)。常規(guī)RTK技術(shù)就可以滿足大部分工程項(xiàng)目的測繪要求，能夠達(dá)到分米級的定位精度，因而已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在諸多行業(yè)。

RTK技術(shù)工作的基本思路是：作為已知點(diǎn)將某一臺(tái)GPS接收機(jī)安裝在相應(yīng)點(diǎn)位作為測量的基準(zhǔn)點(diǎn)，GPS將追蹤一定高度截止角范圍視場內(nèi)所有可見衛(wèi)星，這樣可以做到簡易地與未知點(diǎn)上流動(dòng)站接收機(jī)的同步觀測，在熟悉的空間相關(guān)性的基礎(chǔ)上，基準(zhǔn)站給出已知坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，就可以計(jì)算出坐標(biāo)改正數(shù)，其次，根據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將系列改正數(shù)傳輸給流動(dòng)用戶，流動(dòng)機(jī)又會(huì)不斷進(jìn)行位置修正得到真實(shí)位置訊息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位工作。這種技術(shù)將GPS技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)緊密結(jié)合起來，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到高精度位置信息。

2 水上測量的具體情況

水上測量與陸地測量具有很大的差異，幾乎沒有水準(zhǔn)尺，移動(dòng)臺(tái)跑點(diǎn)等相關(guān)概念，水上測量是一項(xiàng)針對水上工程施工的手段、監(jiān)測環(huán)節(jié)，在許多行業(yè)都有水上測量的組成。[1]水上測量的常規(guī)測量工作通常會(huì)遠(yuǎn)離海岸，基本與作業(yè)船打交道，幾乎用不上常規(guī)的全站儀、水準(zhǔn)儀等儀器。傳統(tǒng)的水上測量技術(shù)是依靠無線電的雙曲線定位體系進(jìn)行定位的，隨后發(fā)展成為微波定位。近些年來，GPS技術(shù)愈來愈普及，提升了測量導(dǎo)航軟件在功能、規(guī)模上的性能，水上測量的定位、導(dǎo)航和測量技術(shù)進(jìn)一步向著自動(dòng)化、智能化和集控化發(fā)展。

水上測量分為水下地形測量和水上物體定位兩類，水上測量在水深測量上的運(yùn)用主要有海圖測繪、水文測繪、航道測繪以及水庫測繪等內(nèi)容，這些工作的內(nèi)容就是進(jìn)行測量水深、了解潮汐變化等現(xiàn)象的過程，GPS等探測儀可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和地形圖片編制；水上定位測量主要應(yīng)用于航道疏浚、海底石油勘探、填海施工和海底鉆探爆破等工程。

水上測量具有如下特點(diǎn)：首先，水上測量所使用的測量儀器均會(huì)進(jìn)行組合使用，一般通過間接測量的方式進(jìn)行工作；其次，陸地上測量一般可采用轉(zhuǎn)點(diǎn)作業(yè)的方法，但是由于水上測量的儀器的架設(shè)往往不能實(shí)現(xiàn)固定，導(dǎo)致拉大了基準(zhǔn)站與流動(dòng)站單站的測量距離，這種情況經(jīng)常發(fā)生在廣闊水域中。

現(xiàn)代水上測量技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)對軟件、硬件的要求都很高。[2]軟件要求是達(dá)到可以進(jìn)行大比例尺水深、海洋綜合勘探的測量，與此同時(shí)可以對大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在功能上、技術(shù)上的測量標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到一定水平。

3 RTK技術(shù)在水上測量中的應(yīng)用

通常情況下為設(shè)計(jì)地形圖所進(jìn)行的測量工作，無法實(shí)現(xiàn)全站儀的正常使用，但是RTK技術(shù)不僅在測量上節(jié)省了大量時(shí)間，還在一定程度上保障了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.1 水下地形測量

首先，根據(jù)實(shí)際情況布設(shè)制定控制網(wǎng)的位置，RTK技術(shù)通過差分技術(shù)分析實(shí)施測量，此時(shí)在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的作用范圍內(nèi)達(dá)到相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確度與精度，通常情況下此技術(shù)并不需要鋪設(shè)較多已知點(diǎn)。例如在2平方公里范圍內(nèi)三個(gè)控制點(diǎn)就能達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，某一點(diǎn)作基準(zhǔn)站的架設(shè)位置、其余兩點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)化參數(shù)的求算，通過校核就能復(fù)核相互關(guān)系是否準(zhǔn)確，此外三個(gè)控制點(diǎn)如若分布在測量區(qū)域的周邊位置就可用于求解七參數(shù)。控制點(diǎn)的架設(shè)位置的選擇應(yīng)該盡量集中在測量能達(dá)到的區(qū)域內(nèi)，保障轉(zhuǎn)換參數(shù)的順利測繪。

其次，進(jìn)行水下地形的全過程測量，此過程需要接收機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸機(jī)和探測儀的組合使用：第一，確認(rèn)準(zhǔn)基站的位置，在考慮布設(shè)環(huán)境的基礎(chǔ)上，考慮GPS的傳輸信號經(jīng)過傳輸是否能達(dá)到接收機(jī)所在的位置、數(shù)據(jù)傳輸機(jī)作用時(shí)被影響的環(huán)境因素，發(fā)射臺(tái)盡量布設(shè)至一定高度；第二，采用RTK技術(shù)測量時(shí)，GPS測量得到了相關(guān)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，就能對相關(guān)坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)換參數(shù)，當(dāng)基準(zhǔn)站開始工作后，相關(guān)連接儀器的測量工作也會(huì)隨之開始，將已知點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入得到轉(zhuǎn)換參數(shù)；第三，在水域環(huán)境中導(dǎo)航儀器輔助GPS的測量工作，由于水面上不存在參照物，只能根據(jù)事先準(zhǔn)備的工作線進(jìn)行操作，采用RTK技術(shù)在測量區(qū)域內(nèi)設(shè)置相關(guān)功能；第四，RTK技術(shù)的后續(xù)工作就是測探儀將傳輸?shù)玫降臄?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，這些實(shí)時(shí)監(jiān)測的水深經(jīng)過運(yùn)算就可以得出相應(yīng)位置的高程。成圖軟件就可以集中這些位點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)，進(jìn)而編輯出水下地形圖。[3]

3.2 水上目標(biāo)定位

在河道疏浚工程作業(yè)中，運(yùn)用RTK技術(shù)可以起到打樁疏浚作用，施工人員根據(jù)實(shí)際情況選用多臺(tái)RTK移動(dòng)站同時(shí)開始投入工作，通常考慮預(yù)算等情況、盡量達(dá)到打樁精密度要求的基礎(chǔ)上會(huì)選用2～4臺(tái)機(jī)器。在施工前會(huì)通過精密計(jì)算得出一些預(yù)選的已知點(diǎn)，考慮與目標(biāo)中心的距離將移動(dòng)站移動(dòng)至相關(guān)位點(diǎn)，開啟機(jī)器就可以將移動(dòng)站監(jiān)測的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，通訊網(wǎng)絡(luò)中心就可以處理目標(biāo)位置的偏移量，隨后處理后的結(jié)果傳輸給終端控制中心，經(jīng)過相應(yīng)修正、復(fù)核，儲(chǔ)存目標(biāo)精確地位置坐標(biāo)。

RTK可以實(shí)時(shí)定位打樁點(diǎn)位，在展開水上定位的操作時(shí)，RTK技術(shù)顯現(xiàn)出許多優(yōu)點(diǎn)：其一，偏移量只有很小的誤差，一般可將工作船只的位置控制在精度為厘米級的范圍內(nèi)；其二，施工過程中的操作量很小，工作輕松，只需要事先設(shè)置好相關(guān)機(jī)器設(shè)備；其三，與傳統(tǒng)測量相比較，測量距離大大提升。

4 結(jié)束語

采用RTK技術(shù)，勘探速度、工作效率大大提高，同時(shí)勘測精度得到明顯提升，不斷拓寬了GPS技術(shù)的應(yīng)用行業(yè)與領(lǐng)域，為水利工程的測量工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)條件。在進(jìn)行水上測量時(shí)，RTK技術(shù)克服了傳統(tǒng)技術(shù)棘手的問題，減輕了操作人員的工作量，測量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)傳輸。雖然RTK技術(shù)尚處于初步運(yùn)用階段，但是RTK技術(shù)在技術(shù)模式、適用范圍上有著極大的優(yōu)勢，在今后的技術(shù)發(fā)展熱潮中肯定能得到更廣泛的運(yùn)用與推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]張建歡，唐波.RTK技術(shù)在水上測量中的應(yīng)用[J].科技資訊，

2014，07：41-43.

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[3]黃毅.GPS-RTK測量技術(shù)在水文測量中的應(yīng)用[J].氣象水文海洋儀器，2013，03：53-55-60.