RTK測量技術在灌區改造工程中的應用探討

莊培泳

（潮州市潮水水利水電勘測設計有限公司，廣東 潮州 521000）

0 引言

近年來，在空間技術不斷發展的基礎上，基于衛星的GPS測量技術也獲得了長足的發展，并從最初的簡單定位演變為當前的快速精準的數字化測量工具。作為GPS測量技術的一種，RTK（Real Time Kinematics）主要通過對GPS數據的動態實時差分計算，在野外實施測量過程中將點位精度精確到厘米級[1]。就本文而言，主要采用在測量區域內設立基準站，而移動站則按照預先設定的時間間隔和測距在不斷運動中連續自動采集，該模式常用于水下地形、河道斷面、工程開挖邊線定位及大面積灘地等的測量的作業模式，RTK測量技術下無需進行加密測量，首級控制測量過程中也無需考慮通視方向點及加密控制。只需將移動站設置于所需控制點位置便可瞬間測得類似測導線、測圖根等的三維坐標。

1 灌區概況

潮安區粵東灌區續建配套與節水改造工程位于廣東省潮州市潮安區江東鎮。測區東起潮安區江東鎮大關電排站，西至韓江潮州水利樞紐江東進水閘。流經柚園、元巷、村頭、獨樹、上莊、吳楊聯村、井美、龍口、蓬洞等自然村。鎮區處于韓江下游，潮安區東南端，四面環水，俗稱“溪中”。江東鎮北接潮州市區，南通汕頭市澄海區，是潮州市、汕頭市澄海區、汕頭經濟特區的交通樞紐。鎮域面積38.4 km2，耕地面積14.93 km2，人口6.98萬人，共轄29個行政村，1個居委會。鎮區道路交通比較發達、方便。該灌區橫跨于鎮區南北。本次鎮區測量范圍是：地形圖測量范圍為沿渠道兩岸各50 m，渠道橫斷面測量間距約50 m，渠道長度約12.00 km，地形圖比例尺1∶1000。

2 測量過程

2.1 基準站設置和移動站作業

灌區續建配套與節水改造工程RTK測量系統由基準站、移動站及記錄手冊構成。基準站主要包括GPS一體化接收機和天線、電臺、電纜、電瓶、三腳架、發射天線、基座等。移動站則由GPS一體化接收機和天線、對中測桿、藍牙手薄、記錄儀等組成。

就基準站的設置而言，除應符合穩定、開闊、遠離信號干擾源和多渠道反射源等GPS點基礎性的選址條件外，還應考慮技術的適用性和數據鏈的穩定性，盡可能選擇GPS網點和轉換參數擬合點，高程數據精準的控制點，切忌任意設站而增大傳遞誤差；盡可能選擇地勢高的控制點，設置好GPS接收機后將發射天線與電臺連接，手簿啟動的同時設置轉換參數，便可完成基準站設置。結合灌區改造工程測量實際，在項目區內共設置兩座基準站。

組裝好移動站和接收天線后便可開始碎部測量，當測點數據產生固定解時，輸入地物編碼并將其存儲于手薄，結束單點測定。

2.2 參數轉換

求取轉換參數是進行RTK測量作業的基礎性環節，GPS測量主要獲得的是WGS84坐標系所對應的點位與坐標差，但工程測量實際需要的是地方坐標系所對應的格網坐標，為此必須運用轉換參數將WGS84坐標轉換為地方網格坐標[2]。在進行本工程碎部測量前，結合控制點布設情況以及測量區域地形地貌變化特征，選擇測量區域邊沿位置分布均勻的三個控制點，以控制點當地坐標為依據，先通過GPS測出對應點的大地經緯度坐標，利用坐標轉換軟件進行當地坐標轉換參數的求解，待檢驗精度符合擬測量等級，便可開展正常作業。灌區續建配套與節水改造工程轉換參數情況見表1。

表1 灌區改造工程轉換參數情況

2.3 作用半徑

以能獲得厘米級精度窄帶固定解的有效范圍為依據進行RTK作用半徑的判斷，也就是說在作用半徑以內，與基準站距離越近則精度越高，超出作用半徑范圍以外則定位精度呈臺階式下降趨勢，此種情況下GPS所求得的寬帶解僅為分米級精度。

在大功率狀態，RTK測量7 km半徑范圍以內所獲得的窄帶固定解高程與幾何水準高程吻合較好；7 km半徑范圍以外，RTK窄帶固定解高程與幾何水準高程之差在0.1 m以上。在小功率狀態，RTK測量半徑僅為2 km，在此范圍內衛星信號明顯減弱，且當基準站和移動站之間存在阻隔障礙物和干擾信號時將嚴重影響數據鏈的穩定性，為此可以考慮：盡可能抬高基準站和移動站天線的架設高度，同時移動基準站并縮小其與基準站的間距，在地形地類遮擋的特殊地段增設中轉站；為便于數據鏈信號和衛星信號的接受，應將RTK基準站設置于有效測區內的最高控制點，并保證控制點間距在RTK有效作業半徑2/3范圍內；遮擋物較多或衛星較少時，很可能出現失鎖，影響固定解的解算精度[3]，此時可以考慮配合使用全站儀。

2.4 測量數據精度檢驗

RTK定位過程中的直接觀測邊難以形成圖形閉合，可靠性不高，必須加強對作業過程精度的檢驗以控制高粗差率。通過檢測測量區域內部分控制點誤差，進行工程平面與高程測定結果精度是否符合工程實際的判斷。平面測量誤差檢核：

本次灌區改造工程共檢核了50個控制點，其平面測量誤差和高程測量誤差檢核成果均在《工程測量規范》（GB50026-2007）限差內，檢核結果與已知點成果的平面測量誤差≤±0.2 mm（圖面）、0.2 m（實地）；高程測量誤差≤基本等高距的1/5，0.2 m（實地），測量結果完全滿足工程測量技術要求。

高程測量誤差檢核：

3 結果討論

1）灌區改造工程常規測量的先行工作是整體控制測量，在整體控制測量的考慮下隨后進行一二級導線的局部加密控制測量，最后再進行圖根控制。RTK測量技術下無需進行加密測量，首級控制測量過程中也無需考慮通視方向點及加密控制。只需將移動站設置于所需控制點位置便可瞬間測得類似測導線、測圖根等的三維坐標。RTK測量技術有助于提高整體控制測量工作效率和精度、降低勞動強度。

2）灌區改造工程碎部測量工作至少需要兩名操作人員，其中1人在測站看鏡，1人司尺，同時接受看鏡人員指揮，人員設置主要受到測線長度和通視情況等限制。RTK測量技術野外碎部點的采集工作單人操作即可完成，移動站則通過藍牙手薄實現截尺修改、編碼輸入、地物地類自動記錄等。有效測距通常為12 km～15 km，在采集范圍內的沙灘、山地等編碼碎部點，司尺將手動采集模式調整為自動模式，并設置距離、時間等采集參數，測量過程更加便捷。

3）常規測量應先在室內計算好所需放樣的元素，實地放樣過程中司尺人員在測站指揮，其余人員密切配合，方能完成放樣工作。RTK測量技術具有實時定位功能，司尺人員單人操作便可標出直線、曲線、特征點，快速完成復雜的放樣工作，無需指揮。移動站人員所攜帶藍牙手薄中的放樣程序能準確顯示實測點和放樣點間的三維坐標與距離，使野外測量工作更加便捷。

4）斷面測量過程中，常規測量往往會遇到斷面樁無方向點或需設置大量分站方可完成一條斷面測量等問題，而在RTK測量技術中，通過一體化接收機和藍牙手薄的配合應用，便可實時獲取斷面三維坐標數據，不考慮通視方向和分站測量的情況下，有效解決上述斷面測量難題，此外，藍牙手薄所顯示的斷面測量結果能夠直觀反映斷面狀況和實時地形，真正實現所測即所見，內業工作量大大減少。

4 結語

本文在對RTK測量技術工作原理及技術優勢進行深入分析的基礎上，以潮安區粵東灌區續建配套與節水改造工程為例，進行了RTK技術在本灌區工程地形圖測量領域應用的探討，具體包括基準站設置和移動站作業、WGS84坐標系所對應的點位與坐標差向所對應的地方格網坐標參數的轉換、作用半徑的判斷以及測量數據精度的檢驗，結果表明，RTK數字化測量技術下，無需進行圖根控制，不受通視條件和視距等的約束，無需頻繁變更測站，只需要待基站架設完畢在信號覆蓋范圍內全力跑點，通過藍牙手薄便可實時了解點位精度，數臺接收機同步工作，不影響接受精度，不產生誤差累積。RTK數字化測量在提升測量精度、杜絕返工、方便快捷、省時省力、大大節省測量時間等方面技術優勢明顯。