淺析GPS RTK技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用

郭海年

摘要：從GPS RTK的原理和特點(diǎn)入手，以水利工程渠道工程以及土地整理規(guī)劃工程測(cè)量為例，就GPS RTK在農(nóng)田水利工程的測(cè)量應(yīng)用進(jìn)行研究，以此提升我國(guó)農(nóng)田水利工程建設(shè)的效率。

關(guān)鍵詞：GPS RTK技術(shù)；水利工程；測(cè)量；應(yīng)用

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，河道開(kāi)發(fā)及利用的多元化，河道地形測(cè)量在河道建設(shè)前期設(shè)計(jì)、施工及后期的養(yǎng)護(hù)方面就愈加顯得重要。河道地形測(cè)量提供的斷面圖及水下地形圖不僅可以作為水利建設(shè)部門(mén)河道設(shè)計(jì)及施工的依據(jù)，還可以作為水利管理部門(mén)日常監(jiān)測(cè)河道變化的重要資料來(lái)源，可以有效監(jiān)測(cè)河床處于淤積、沖刷還是正常狀態(tài)。因此，正確的斷面圖及水下地形圖就顯得十分重要，而傳統(tǒng)的河道測(cè)量技術(shù)無(wú)法應(yīng)對(duì)愈加復(fù)雜的河道環(huán)境，此時(shí)依靠高精度GPS定位及回聲測(cè)深技術(shù)的GPS RTK技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，符合了社會(huì)的發(fā)展，從而廣泛運(yùn)用于水利工程測(cè)量之中。

GPSRTK系統(tǒng)主要由3部分組成，分別為基準(zhǔn)站、流動(dòng)站及通訊系統(tǒng)。其中，基準(zhǔn)站能夠同時(shí)進(jìn)行跟蹤載波相位測(cè)量以及測(cè)站狀態(tài)的發(fā)射工作包括測(cè)站的坐標(biāo)、觀測(cè)值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)和收機(jī)工作狀態(tài)等。流動(dòng)站能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行載波相位觀測(cè)以及基準(zhǔn)站相關(guān)信息的接收，從而及時(shí)得出相對(duì)于基準(zhǔn)站點(diǎn)的基線向量，并利用已知設(shè)置的轉(zhuǎn)換參數(shù)及投影方法，對(duì)流動(dòng)站地方坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。GPS RTK技術(shù)的工作原理是利用基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)5顆以下衛(wèi)星的接收，從而進(jìn)行載波相位觀測(cè)。具體工作原理如圖1所示。

一、GPS-RIK技術(shù)的特點(diǎn)

GPS-RTK技術(shù)與傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)相比較，具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，一方面，GPS.RTK技術(shù)不僅測(cè)量定位準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確同時(shí)誤差率較低，所以通過(guò)GPS定位的應(yīng)用，能夠極大提高測(cè)繪工程質(zhì)量，另外，在GPS與RTK技術(shù)相結(jié)合的過(guò)程中，能夠?qū)?shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸，以及數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化，有效地減少了測(cè)繪人員的工程量，并且能夠減少人為因素導(dǎo)致的測(cè)繪結(jié)果存在的誤差，同時(shí)，利用GPS-RTK技術(shù)能夠針對(duì)人員無(wú)法涉及到的區(qū)域進(jìn)行全面的測(cè)量，從而減輕測(cè)繪人員的工作負(fù)擔(dān)，避免發(fā)生安全隱患，應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)的過(guò)程中，很容易受到衛(wèi)星環(huán)境等因素的影響，所以必須要加強(qiáng)對(duì)于這些干擾因素的管理。在應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)對(duì)工程進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，可以通過(guò)以下三點(diǎn)，了解其精準(zhǔn)度。第一，GPS定位系統(tǒng)在定位的過(guò)程中，主要依靠空間的衛(wèi)星群，在定位的過(guò)程中其在能夠連接多個(gè)測(cè)量衛(wèi)星，完成數(shù)據(jù)收集。隨著科技的不斷發(fā)展，在使用GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的過(guò)程中，能夠連接多個(gè)系統(tǒng)，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。第二，在使用GPS測(cè)繪技術(shù)的過(guò)程中，由于其本身具有一定的精準(zhǔn)性，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，其存在的誤差都保持在毫米之內(nèi)，應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)對(duì)工程進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其能夠發(fā)揮自身的特性，保持毫米之內(nèi)的誤差。第三，由于GPS定位系統(tǒng)能夠?qū)ξ恢眠M(jìn)行實(shí)時(shí)定位，在使用其進(jìn)行工程測(cè)量工作時(shí)，能夠?qū)?dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，保障了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。通過(guò)以上三個(gè)方面對(duì)GPS測(cè)繪技術(shù)精準(zhǔn)度方面進(jìn)行討論，了解到在使用GPS測(cè)繪技術(shù)對(duì)工程進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，能夠保障工程的準(zhǔn)確性。在使用GPS測(cè)繪技術(shù)對(duì)工程進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，可以通過(guò)以下兩個(gè)方面，了解其具有操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

二、具體應(yīng)用

（一）在水利工程渠道工程中的應(yīng)用實(shí)例

以某水利渠道工程為例，采用GPS-RTK技術(shù)對(duì)其溝渠進(jìn)行測(cè)量。該項(xiàng)水利工程規(guī)劃總占地面積約為5.2km2，其中橫斷面積約為56km2，縱斷面積約為45km2。在測(cè)量工作中，主要針對(duì)渠道的排水干溝、斗渠、農(nóng)渠和田問(wèn)道等進(jìn)行測(cè)量。具體測(cè)量要求：對(duì)道路與溝渠的縱、橫斷面進(jìn)行測(cè)量；當(dāng)橫斷面為30m/個(gè)時(shí)，需對(duì)地貌變化區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加密。該水利項(xiàng)目在測(cè)量工作過(guò)程中，應(yīng)用GPS接收機(jī)共3臺(tái)，全站儀共2臺(tái)，相關(guān)施工作業(yè)小組為2個(gè)。具體GPS-RTK測(cè)量技術(shù)過(guò)程及測(cè)量情況如下。第一，在測(cè)量區(qū)域內(nèi)，采用6個(gè)同時(shí)具有分布均勻以及基本包圍條件的E極點(diǎn)，以此作為轉(zhuǎn)換參數(shù)，并選用余下的E點(diǎn)作為檢測(cè)依據(jù)開(kāi)展參數(shù)轉(zhuǎn)換工作，再通過(guò)4參數(shù)法確定平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，借助二次曲面擬合法確立高程轉(zhuǎn)換參數(shù)。第二，在該測(cè)量項(xiàng)目的區(qū)域范圍內(nèi)，架設(shè)基站的地點(diǎn)選擇寬敞及地勢(shì)高的地方，然后在已知的點(diǎn)位架設(shè)流動(dòng)站，并在測(cè)量過(guò)程中利用已知點(diǎn)進(jìn)行平面坐標(biāo)和高度的觀測(cè)精度檢驗(yàn)依據(jù)。第三，GPS-RTK測(cè)量工作選擇最佳時(shí)段進(jìn)行，在流動(dòng)站中針對(duì)幾秒內(nèi)能夠達(dá)到固定解時(shí)的數(shù)據(jù)開(kāi)展采集工作，并且根據(jù)實(shí)際情況增加合理的采集次數(shù)，進(jìn)而在很大程度上提高觀察精確度。

（二）移動(dòng)站設(shè)置

在流動(dòng)站上安置GPS接收機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，會(huì)收到來(lái)自基準(zhǔn)站電臺(tái)發(fā)射的信號(hào)，這時(shí)移動(dòng)站就可以進(jìn)入正常的測(cè)量狀態(tài)。打開(kāi)控制手簿，新建工程，對(duì)所有工程信息進(jìn)行如實(shí)填寫(xiě)。（1）坐標(biāo)系統(tǒng)及高程系統(tǒng)的確定結(jié)合已知點(diǎn)的BJ54坐標(biāo)與現(xiàn)場(chǎng)GPS采集的WGS-84經(jīng)緯度坐標(biāo)，在控制手簿上進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算，利用3個(gè)以上的控制點(diǎn)計(jì)算即可得出布爾莎七參數(shù)。再與已知點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，如符合精度要求，輸入?yún)?shù)后，GPS-RTK控制器即可測(cè)出定位點(diǎn)的獨(dú)立坐標(biāo)；如不符合，則需重新計(jì)算。（2）中央子午線的確定依據(jù)建立獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)的要求，選用任意高斯三度帶投影建立坐標(biāo)，中央子午線經(jīng)度選擇為120°。（3）流動(dòng)站的測(cè)量待坐標(biāo)系統(tǒng)與中央子午線都確定，移動(dòng)站定位后是固定解，即可對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行局部和河道斷面等測(cè)量工作。

（三）水下地形測(cè)量

在進(jìn)行水下地形測(cè)量時(shí)，在完成基準(zhǔn)站和移動(dòng)站設(shè)置后，還要配合測(cè)深儀使用，移動(dòng)站GPS天線與測(cè)深儀相連接。在GPS天線與測(cè)深儀相連接之后，需對(duì)測(cè)深儀進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，包括GPS天線高設(shè)置、測(cè)量參數(shù)設(shè)置、斷面線導(dǎo)入及校正參數(shù)等。在測(cè)深儀設(shè)置完畢，GPS對(duì)測(cè)量船進(jìn)行定位后，可以先進(jìn)行試測(cè)，隨機(jī)選取幾個(gè)點(diǎn)用測(cè)深儀進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)用傳統(tǒng)的測(cè)桿進(jìn)行測(cè)量，相互比較。試測(cè)合格后就可以按著GPS的指導(dǎo)沿著斷面線進(jìn)行測(cè)量，高程點(diǎn)按照間隔1m進(jìn)行采集。但由于測(cè)深儀安裝在船只上，易受到風(fēng)浪和水流的作用，船只很難完全按照設(shè)計(jì)斷面線筆直行走，實(shí)際上船只的航跡分布在斷面線的兩側(cè)。當(dāng)偏差不大且在規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，可選用這些測(cè)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)；如果航跡偏差過(guò)大，則要重新測(cè)量。對(duì)于水面較寬水深較深的河流使用測(cè)深儀較為方便，而對(duì)于水深較淺及靠近岸邊的河段，使用測(cè)桿、測(cè)繩及測(cè)錘等方法可以更為安全便捷地獲得水深數(shù)據(jù)，再利用GPS-RTK技術(shù)即可獲得測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，最終即可獲得測(cè)點(diǎn)的水底高程。

三、結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)測(cè)量手段已經(jīng)無(wú)法應(yīng)用于當(dāng)前農(nóng)田水利工程的測(cè)量工作中。對(duì)GPS RTK技術(shù)的基本原理及技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行闡述，該技術(shù)十分適用于當(dāng)前農(nóng)田水利工程的測(cè)量工作。分析了對(duì)GPS RTK技術(shù)在水利工程渠道工程以及土地整理規(guī)劃工程測(cè)量中的應(yīng)用，期望對(duì)基于GPS RTK的農(nóng)田水利工程測(cè)量研究工作起到有效促進(jìn)作用，從而改進(jìn)我國(guó)農(nóng)田水利工程的測(cè)量工作。