淺析GPS RTK技術在水利工程測量中的應用

郭海年

摘要：從GPS RTK的原理和特點入手，以水利工程渠道工程以及土地整理規劃工程測量為例，就GPS RTK在農田水利工程的測量應用進行研究，以此提升我國農田水利工程建設的效率。

關鍵詞：GPS RTK技術；水利工程；測量；應用

隨著社會經濟的不斷發展，河道開發及利用的多元化，河道地形測量在河道建設前期設計、施工及后期的養護方面就愈加顯得重要。河道地形測量提供的斷面圖及水下地形圖不僅可以作為水利建設部門河道設計及施工的依據，還可以作為水利管理部門日常監測河道變化的重要資料來源，可以有效監測河床處于淤積、沖刷還是正常狀態。因此，正確的斷面圖及水下地形圖就顯得十分重要，而傳統的河道測量技術無法應對愈加復雜的河道環境，此時依靠高精度GPS定位及回聲測深技術的GPS RTK技術應運而生，符合了社會的發展，從而廣泛運用于水利工程測量之中。

GPSRTK系統主要由3部分組成，分別為基準站、流動站及通訊系統。其中，基準站能夠同時進行跟蹤載波相位測量以及測站狀態的發射工作包括測站的坐標、觀測值、衛星跟蹤狀態和收機工作狀態等。流動站能夠同時實現對GPS衛星信號進行載波相位觀測以及基準站相關信息的接收，從而及時得出相對于基準站點的基線向量，并利用已知設置的轉換參數及投影方法，對流動站地方坐標進行計算。GPS RTK技術的工作原理是利用基準站和移動站的設置，實現5顆以下衛星的接收，從而進行載波相位觀測。具體工作原理如圖1所示。

一、GPS-RIK技術的特點

GPS-RTK技術與傳統的測繪技術相比較，具有非常明顯的優勢，一方面，GPS.RTK技術不僅測量定位準確，數據結果準確同時誤差率較低，所以通過GPS定位的應用，能夠極大提高測繪工程質量，另外，在GPS與RTK技術相結合的過程中，能夠將數據采集和數據傳輸，以及數據處理實現全程自動化，有效地減少了測繪人員的工程量，并且能夠減少人為因素導致的測繪結果存在的誤差，同時，利用GPS-RTK技術能夠針對人員無法涉及到的區域進行全面的測量，從而減輕測繪人員的工作負擔，避免發生安全隱患，應用GPS-RTK技術的過程中，很容易受到衛星環境等因素的影響，所以必須要加強對于這些干擾因素的管理。在應用GPS測繪技術對工程進行測量的過程中，可以通過以下三點，了解其精準度。第一，GPS定位系統在定位的過程中，主要依靠空間的衛星群，在定位的過程中其在能夠連接多個測量衛星，完成數據收集。隨著科技的不斷發展，在使用GPS定位系統進行數據收集的過程中，能夠連接多個系統，提高了數據的準確性。第二，在使用GPS測繪技術的過程中，由于其本身具有一定的精準性，在對數據進行測量的過程中，其存在的誤差都保持在毫米之內，應用GPS測繪技術對工程進行測量時，其能夠發揮自身的特性，保持毫米之內的誤差。第三，由于GPS定位系統能夠對位置進行實時定位，在使用其進行工程測量工作時，能夠對動態的數據進行實時檢測，保障了數據的準確性。通過以上三個方面對GPS測繪技術精準度方面進行討論，了解到在使用GPS測繪技術對工程進行測量的過程中，能夠保障工程的準確性。在使用GPS測繪技術對工程進行測量的過程中，可以通過以下兩個方面，了解其具有操作簡單的特點。

二、具體應用

（一）在水利工程渠道工程中的應用實例

以某水利渠道工程為例，采用GPS-RTK技術對其溝渠進行測量。該項水利工程規劃總占地面積約為5.2km2，其中橫斷面積約為56km2，縱斷面積約為45km2。在測量工作中，主要針對渠道的排水干溝、斗渠、農渠和田問道等進行測量。具體測量要求：對道路與溝渠的縱、橫斷面進行測量；當橫斷面為30m/個時，需對地貌變化區域內進行加密。該水利項目在測量工作過程中，應用GPS接收機共3臺，全站儀共2臺，相關施工作業小組為2個。具體GPS-RTK測量技術過程及測量情況如下。第一，在測量區域內，采用6個同時具有分布均勻以及基本包圍條件的E極點，以此作為轉換參數，并選用余下的E點作為檢測依據開展參數轉換工作，再通過4參數法確定平面坐標轉換參數，借助二次曲面擬合法確立高程轉換參數。第二，在該測量項目的區域范圍內，架設基站的地點選擇寬敞及地勢高的地方，然后在已知的點位架設流動站，并在測量過程中利用已知點進行平面坐標和高度的觀測精度檢驗依據。第三，GPS-RTK測量工作選擇最佳時段進行，在流動站中針對幾秒內能夠達到固定解時的數據開展采集工作，并且根據實際情況增加合理的采集次數，進而在很大程度上提高觀察精確度。

（二）移動站設置

在流動站上安置GPS接收機進入運行狀態后，會收到來自基準站電臺發射的信號，這時移動站就可以進入正常的測量狀態。打開控制手簿，新建工程，對所有工程信息進行如實填寫。（1）坐標系統及高程系統的確定結合已知點的BJ54坐標與現場GPS采集的WGS-84經緯度坐標，在控制手簿上進行坐標轉換參數計算，利用3個以上的控制點計算即可得出布爾莎七參數。再與已知點的坐標進行比對，如符合精度要求，輸入參數后，GPS-RTK控制器即可測出定位點的獨立坐標；如不符合，則需重新計算。（2）中央子午線的確定依據建立獨立坐標系統的要求，選用任意高斯三度帶投影建立坐標，中央子午線經度選擇為120°。（3）流動站的測量待坐標系統與中央子午線都確定，移動站定位后是固定解，即可對測區進行局部和河道斷面等測量工作。

（三）水下地形測量

在進行水下地形測量時，在完成基準站和移動站設置后，還要配合測深儀使用，移動站GPS天線與測深儀相連接。在GPS天線與測深儀相連接之后，需對測深儀進行參數設置，包括GPS天線高設置、測量參數設置、斷面線導入及校正參數等。在測深儀設置完畢，GPS對測量船進行定位后，可以先進行試測，隨機選取幾個點用測深儀進行測量，同時用傳統的測桿進行測量，相互比較。試測合格后就可以按著GPS的指導沿著斷面線進行測量，高程點按照間隔1m進行采集。但由于測深儀安裝在船只上，易受到風浪和水流的作用，船只很難完全按照設計斷面線筆直行走，實際上船只的航跡分布在斷面線的兩側。當偏差不大且在規定范圍內時，可選用這些測點作為數據；如果航跡偏差過大，則要重新測量。對于水面較寬水深較深的河流使用測深儀較為方便，而對于水深較淺及靠近岸邊的河段，使用測桿、測繩及測錘等方法可以更為安全便捷地獲得水深數據，再利用GPS-RTK技術即可獲得測點的坐標信息，最終即可獲得測點的水底高程。

三、結束語

傳統測量手段已經無法應用于當前農田水利工程的測量工作中。對GPS RTK技術的基本原理及技術特點進行闡述，該技術十分適用于當前農田水利工程的測量工作。分析了對GPS RTK技術在水利工程渠道工程以及土地整理規劃工程測量中的應用，期望對基于GPS RTK的農田水利工程測量研究工作起到有效促進作用，從而改進我國農田水利工程的測量工作。