港口碼頭測(cè)量中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用剖析

張河宇

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，海洋開(kāi)發(fā)的規(guī)模也越來(lái)越大，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值也越來(lái)越高。在海洋開(kāi)發(fā)逐步向深水化和大型化發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)于港口碼頭的要求也越來(lái)越高。港口碼頭的施工，離不開(kāi)精準(zhǔn)的測(cè)量技術(shù)，其中GPS-RTK技術(shù)就是重要的測(cè)量技術(shù)之一。基于此，本文將重點(diǎn)探討和分析港口碼頭測(cè)量中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用。首先，我們就GPS-RTK技術(shù)及其他特點(diǎn)做簡(jiǎn)要說(shuō)明;然后重點(diǎn)分析其在港口碼頭的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：港口碼頭;測(cè)量;GPS-RTK技術(shù)

中圖分類號(hào)：U652;U656.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）01-0094-02

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，海洋開(kāi)發(fā)的規(guī)模也越來(lái)越大，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值也越來(lái)越高。在海洋開(kāi)發(fā)逐步向深水化和大型化發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)于港口碼頭的要求也越來(lái)越高。港口碼頭的施工，離不開(kāi)精準(zhǔn)的測(cè)量技術(shù)，其中GPS-RTK技術(shù)就是重要的測(cè)量技術(shù)之一。

1 GPS-RTK技術(shù)概述

生活中，我們對(duì)于GPS這一稱呼已經(jīng)非常熟悉，就是全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）。這是基于美國(guó)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航，可以實(shí)現(xiàn)全天候、全方位的定位服務(wù)的系統(tǒng)和設(shè)備。根據(jù)當(dāng)前GPS所能夠提供的具體坐標(biāo)的精度，以及其提供的坐標(biāo)的形式，有不同的分類方法，包括為毫米級(jí)、厘米級(jí)、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)后處理、RTK、RTD等不同的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法。RTK（Real Time Kinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）就是其中的一種[1]。

GPS-RTK技術(shù)，就是在GPS接受設(shè)備中，裝入運(yùn)算速度較高、體積微小的計(jì)算機(jī);這樣該設(shè)備用于在外測(cè)量的時(shí)候，能夠?yàn)槲覀兲峁├迕准?jí)測(cè)量數(shù)據(jù);在動(dòng)態(tài)測(cè)量的過(guò)程中，通過(guò)基準(zhǔn)站的作業(yè)，將當(dāng)前的實(shí)時(shí)GPS信號(hào)、觀測(cè)的信號(hào)，通過(guò)電臺(tái)送至流動(dòng)站;然后在流動(dòng)站對(duì)其實(shí)施相應(yīng)的處理，從而計(jì)算出基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的坐標(biāo)差;這以數(shù)據(jù)在結(jié)合基準(zhǔn)站坐標(biāo)，就能夠計(jì)算出流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)左邊。最初得到流動(dòng)站的的每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)和海拔等數(shù)據(jù)。

科技的發(fā)展改變就了人們生活中的各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，GPS-RTK技術(shù)的出現(xiàn)不僅是地面測(cè)量的一次革命性突破，使得三維測(cè)量成為了現(xiàn)實(shí)[2]。不得不說(shuō)，正是GPS-RTK技術(shù)的成熟并廣泛運(yùn)用，使得測(cè)繪技術(shù)邁上了一個(gè)嶄新的臺(tái)階。就當(dāng)前測(cè)繪工作中使用的各種測(cè)繪技術(shù)來(lái)看，GPS-RTK技術(shù)的定位精準(zhǔn)度最高，效率最高，而且還有更為顯著的優(yōu)勢(shì)在于不需要點(diǎn)位通視，這也大大的降低了對(duì)人工的依賴，自動(dòng)化水平有了很大的提升;再加上GPS-RTK技術(shù)的誤差累計(jì)小，所以各種測(cè)量成果可以很好的整合統(tǒng)一;另外，GPS-RTK技術(shù)的操作簡(jiǎn)單，滿足全天候作業(yè)的需求，所以在測(cè)繪工作中受到了一致好評(píng)。

2 GPS-RTK技術(shù)的特點(diǎn)

就當(dāng)前的地形測(cè)量工作來(lái)看，主要包括了兩部分內(nèi)容，一是控制測(cè)量，二是地形地貌測(cè)繪。在GPS-RTK技術(shù)出現(xiàn)以前，人們使用的傳統(tǒng)技術(shù)，不但成圖的耗時(shí)較長(zhǎng)，而且得到的數(shù)據(jù)精度較為粗糙，但依然需要耗費(fèi)極大的人工作業(yè)。所以，隨著GPS-RTK技術(shù)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)逐步被淘汰。今天，測(cè)繪行業(yè)已經(jīng)普遍使用了全數(shù)字地形測(cè)圖。在各種先進(jìn)測(cè)量?jī)x器的幫助下，包括GPS接收機(jī)。全站儀等等，再運(yùn)用各種自動(dòng)化成圖軟件，最終生成模擬式數(shù)字圖[3]。這也使得測(cè)圖工作的強(qiáng)度和作業(yè)量都大大降低。就GPS-RTK技術(shù)的特點(diǎn)來(lái)看，包括了一下幾個(gè)方面：

第一，GPS-RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使得內(nèi)外業(yè)界限被全部打破，這樣一來(lái)測(cè)量工作的流程得到了大幅簡(jiǎn)化，測(cè)繪工作實(shí)現(xiàn)了從首級(jí)控制到最終成圖之間的完全一體化作業(yè)，使得作業(yè)效率大大提升。第二，GPS-RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使得原本的分級(jí)布、逐級(jí)控制的測(cè)量原則被突破，總而使得測(cè)量工作的工作量得到了大幅縮減;在實(shí)際工作中，能夠?qū)崿F(xiàn)一次性針對(duì)一個(gè)測(cè)區(qū)的布網(wǎng)，而控制網(wǎng)可以任意混合;與傳統(tǒng)測(cè)量模式相比，控制點(diǎn)的數(shù)量極大的降低;并且還能夠?qū)崿F(xiàn)圖根控制與碎部測(cè)量的并行化。第三，運(yùn)用GPS-RTK技術(shù)展開(kāi)測(cè)量，不需要實(shí)現(xiàn)畫(huà)草圖，只需要依據(jù)相應(yīng)的格式，將碎部點(diǎn)做好完整的記錄，包括點(diǎn)名、編碼等，便于信息被測(cè)圖軟件識(shí)別即可。第四，運(yùn)用GPS-RTK技術(shù)實(shí)施碎部測(cè)量，不會(huì)受到涂覆邊界的影響;對(duì)于外業(yè)可以實(shí)不分幅作業(yè)，對(duì)于內(nèi)業(yè)則可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分幅和接邊處理。第五，GPS-RTK技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)很高的測(cè)量精度;能夠達(dá)到1∶500的高精度要求;而且采用該技術(shù)測(cè)量，沒(méi)有誤差累計(jì)，分布非常均勻，所以用來(lái)作為大比例尺測(cè)圖非常理想。第六，GPS-RTK技術(shù)的操作非常便捷，而且具有很好的機(jī)動(dòng)性;這些都使得GPS-RTK測(cè)量的效率非常高，而且人工作業(yè)強(qiáng)度大大降低。特別是在通視條件不佳的情況下，其優(yōu)勢(shì)越發(fā)顯著。在測(cè)量過(guò)程中，為了使得測(cè)量數(shù)據(jù)具有更高的精度標(biāo)準(zhǔn)，首先必須要得到與測(cè)量地區(qū)相匹配的坐標(biāo)系和水準(zhǔn)面模型轉(zhuǎn)換參數(shù)。當(dāng)前的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，GPS-RTK技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于四等及其以下級(jí)別控制測(cè)量。

3 GPS-RTK技術(shù)在沉樁中的精度計(jì)算

根據(jù)當(dāng)前GPS-RTK技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用狀況來(lái)看，該技術(shù)在沉樁中的構(gòu)成，主要包括了以下的主要部分，一是基準(zhǔn)接收機(jī);二是流動(dòng)站接收機(jī)，通常需要兩臺(tái);三是其他輔助設(shè)備。各設(shè)備的具體布置狀況如下：將基準(zhǔn)站建立在港口岸上;在打樁船前方，布置流動(dòng)站，通常設(shè)定為左右流動(dòng)站兩個(gè)。具體可參見(jiàn)如圖1所示。

這樣，在實(shí)際測(cè)量中，只要嫩夠得到基準(zhǔn)站信號(hào)，就能夠得到其具體的坐標(biāo)。然后，將上圖中的A、B、C三點(diǎn)相連，就能夠得出具體的C的坐標(biāo)位置。

運(yùn)用極坐標(biāo)對(duì)其精度展開(kāi)分析：

通過(guò)上面的公式，我們就能夠了解到測(cè)距儀的精度水平;然后根據(jù)測(cè)距儀的計(jì)算，可以得出如下，當(dāng)其精度要求在5mm±3ppm時(shí)，我們就能夠得到b為36m，c為19m;進(jìn)而算出基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的距離5000m。此外，我們還可以計(jì)算出m為6.4273mm。由此我們可以判斷出，平面精度與設(shè)計(jì)需求之間是符合的，進(jìn)而我們可以得出如下結(jié)論，C點(diǎn)高程精度，符合相關(guān)的要求和規(guī)定。

4 GPS-RTK技術(shù)在港口碼頭測(cè)量中的應(yīng)用

GPS-RTK技術(shù)當(dāng)前在測(cè)量領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，其中港口碼頭工程是重要的應(yīng)用方位。就其實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，GPS-RTK技術(shù)在港口碼頭測(cè)量中的方法，通常有如下的三種，分別是定線測(cè)量、平面斷面測(cè)量，以及定位測(cè)量。所謂定線測(cè)量[4]，首先需要基于初始坐標(biāo)，明確一個(gè)轉(zhuǎn)角點(diǎn)，然后依次為基礎(chǔ)設(shè)定初設(shè)線路，并且結(jié)合實(shí)際的地形地貌特征，設(shè)置之現(xiàn)狀和平面狀。而平面斷面測(cè)量，則是測(cè)量目標(biāo)地形中線兩側(cè)完成地形地物測(cè)量，最后實(shí)施數(shù)字化成圖作業(yè)。通常這樣的測(cè)量過(guò)程，包括如下的四個(gè)步驟，分別是建立基準(zhǔn)站，確定轉(zhuǎn)化參數(shù)、線路施測(cè)和業(yè)內(nèi)成圖。

4.1 建立基準(zhǔn)站

在整個(gè)GPS-RTK測(cè)量的過(guò)程中，基準(zhǔn)站的設(shè)置，是非常重要的核心步驟，所以務(wù)必要選擇恰當(dāng)?shù)奈恢谩Ｒ话闱闆r下，選擇地勢(shì)相對(duì)較高，且具有方便的交通條件的地方建設(shè)，這樣能夠有利于衛(wèi)星信號(hào)的接受和發(fā)射，保證測(cè)量過(guò)程的順暢性。

4.2 確定轉(zhuǎn)化參數(shù)

我們?cè)跍y(cè)量過(guò)程中，采用相對(duì)坐標(biāo)模式，高程相對(duì)高程。就具體操作來(lái)說(shuō)，首先完成基準(zhǔn)站的設(shè)備架設(shè)，確保各種設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的梁皓星，然后將儀器設(shè)備的斜高輸入完成，挺拔通過(guò)接收器完成坐標(biāo)的讀取和保存作業(yè)。在將系統(tǒng)的藍(lán)牙通訊方式打開(kāi)，與電臺(tái)建立順暢的連接后，將假定施工坐標(biāo)輸入系統(tǒng)，進(jìn)而求出轉(zhuǎn)化參數(shù)。將參數(shù)配置打開(kāi)，并將得到的參數(shù)輸入其中完成轉(zhuǎn)化，使之成為相對(duì)坐標(biāo)。按照以上的方法完成基準(zhǔn)站設(shè)置后，再使用相同的方法完成流動(dòng)站的設(shè)置;彼此之間的坐標(biāo)務(wù)必要保證相互一致。完成配置以后，再通過(guò)監(jiān)控，確保兩臺(tái)流動(dòng)站的采集數(shù)據(jù)是否完整和正確，防止任何錯(cuò)誤的輸入造成的影響。在測(cè)量過(guò)程中，GPS-RTK的實(shí)施測(cè)量值，與數(shù)據(jù)鏈性能之間有很密切的關(guān)系，并且各觀測(cè)之間相互無(wú)影響，所以我們要想判斷數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，就只能與以前的測(cè)量數(shù)據(jù)展開(kāi)對(duì)比，以保證基準(zhǔn)站、流動(dòng)站的參數(shù)設(shè)置無(wú)誤，并且確保數(shù)據(jù)鏈正常。正常情況下，在持續(xù)觀測(cè)一段時(shí)間以后，在完成前都應(yīng)當(dāng)實(shí)施這樣的動(dòng)作，確保設(shè)備狀態(tài)良好，得到的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度足夠[5]。

4.3 線路施測(cè)

在充分了解了GPS定位系統(tǒng)布點(diǎn)原則的基礎(chǔ)上，我們對(duì)施測(cè)區(qū)域的特點(diǎn)展開(kāi)觀測(cè)。結(jié)合二者的情況，布置二十個(gè)控制點(diǎn)，然后對(duì)中線、線路樁位野外數(shù)據(jù)采集。具體作業(yè)過(guò)程中，可將人員按照兩組展開(kāi)工作安排。第一組完成線路踏勘，了解地形地貌，確定出線路轉(zhuǎn)點(diǎn);第二組在收到采集數(shù)據(jù)以后，通過(guò)GPS-RTK的防線功能，確定直線方向。

4.4 內(nèi)業(yè)作圖

外業(yè)RTK測(cè)量，得到的是數(shù)據(jù)庫(kù)文件，無(wú)法直接通過(guò)圖像軟件使用，所以需要對(duì)其實(shí)施成圖作業(yè)。通過(guò)“導(dǎo)出”功能，將文件出入電腦;然后根據(jù)實(shí)際需要將其轉(zhuǎn)化為想要的格式，進(jìn)而完成數(shù)字化斷面成圖作業(yè)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，GPS-RTK在測(cè)量領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，港口碼頭測(cè)量也是其重要的工作范圍。作為一種測(cè)量的新技術(shù)，未來(lái)還會(huì)持續(xù)發(fā)展，不斷優(yōu)化。因此，對(duì)于測(cè)量工作者來(lái)說(shuō)，必須要掌握并合理運(yùn)用該技術(shù)的能力，才能為社會(huì)做出更大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 潘潔晨，楊明東.GPS定位系統(tǒng)在海洋工程中的應(yīng)用——以月東油田人工島為例[J].河南工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，22（04）：38-41.

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