英武水庫河道測量中GPS-RTK技術的應用

李文

（貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550000）

0 引言

隨著RTK（Real Time Kinematic）實時動態測量技術的不斷成熟及在水利水電工程領域的推廣應用，傳統測量模式發生了根本性變革。在此基礎上出現的GPS-RTK技術主要基于載波相位觀測定位技術，能在三維定位中自動生成特定坐標系及實時測量點等信息，使測繪工作效率及精度大大提升。河道測量施工范圍廣，地形復雜，野外作業難度大；隨著社會生產水平的不斷提高，水體污染、河網淤積等影響河道穩定的不利因素層出不窮。基于此，應用GPS-RTK 技術展開現有河道系統性測量，為河道治理提供可靠翔實的依據迫在眉睫。

1 技術原理

GPS-RTK技術主要通過精準的定位及實時載波相位差分技術得到待測對象實時動態，在施測過程中，既要接收衛星傳送數據，又要搜集整理觀測數值和站點坐標信息，并將相關信息整合后傳送至流動站。流動站將所收集到的數據鏈信息分析處理后，分別對采集和接收數據展開實時載波相位差分處理，得到較為精準的定位信息。

GPS-RTK 技術實時定位系統由基站接收機、流動站接收機、傳輸信道等設備組成，應用GPS-RTK技術展開水庫工程河道測量時，必須以控制點為測量點，并測量相應的信號數據，其系統數據處理流程詳見圖1。

圖1 GPS-RTK測量系統數據流程圖

GPS-RTK 測量技術既能展開精準定位，又能對測量點進行全面三維分析，與其他測量技術相比，定位精度高，誤差小，且無誤差累積，即使測量半徑在萬米以上，也能保證數據精度達到厘米級；野外作業測速快，效率高，節省測量計算時間的同時，還能提供更加直觀的測量精度空間信息；自動集成化程度高，可在無人值守及干預情況下完成多種測繪功能，降低人工操作誤差率，確保測量精度。

2 測量步驟

2.1 設立基準站

GPS-RTK 測量技術以基準站為河道測量的主要站點，基準站設立質量直接影響流動站信息接收數量及質量。通過基準架展開觀測時還必須合理確定觀測位置，保證測量期間15°截止高度角以上測區以及200 m半徑范圍內無任何高大樹木、建筑物、電磁輻射源等障礙物和信號干擾源，以防止強電磁輻射干擾GPS-RTK 信號的發射和接收。一般情況下，應將基準站設立在地勢相對較高且基礎穩固的位置，以便于重復使用。

2.2 流動站測量

流動站開機并進入工作狀態后需要填寫工程名稱、投影參數設置、橢球系名稱，填寫完成后建立起新工程；進入設置界面，將電臺通道和基準站電臺通道設置一致，再設置流動站差分數據格式；校正控制點，并完成參數轉換，開始接收來自基準站的發射信號，并在對話框中輸入點名及天線高，并確認保存數據；最后輸出相應格式的測量數據文件。

3 工程應用

3.1 工程概況

英武水庫位于貴州省盤州市英武鎮，壩址所處河段為索橋河干流，壩址位于大山電站引水壩下游1 km 左右，庫區村寨多、密集，主要有劉官鎮花甲山村、英武鎮大寨村、城溪屯村、雙鳳鎮小坪地村、銀貢山村、龍洞村、薛官屯村等；輸水區涉及盤州市、普安縣、晴隆縣3 個縣區，輸水區管線主要由普晴干管、盤州干管和8條支管組成。輸水線路長106.80 km，其中，普晴干管長約37.10 km、盤州干管長約11.70 km，支管線路總長約58 km。供水灌溉工程主要由管道、隧洞、管橋等建筑物組成，隧洞進出口19 處、泵站5 座、管橋2 處，輸水區沿線山巒起伏，交通不便，且存在較大的測量難度。

3.2 控制網布設

平面坐標系統采用2000 國家大地坐標系；高程系統為1985國家高程基準；中央子午線為105°。此次在英武水庫工程輸配水區附近布測50個四等GPS控制點，聯測5個國家C級點，共55個點，布設成一個四等GPS控制網，GPS編號為：YP**。

此次布設控制點點位頂空視野開闊，通視條件好，便于發展；堅實穩定，易于永久保存，交通便利、利于觀測的地方；遠離大功率無線電發射源200 m，遠離高壓輸電線路50 m。點位附近避開了大面積水域或其他強烈干擾衛星信號接收的物體。

此次外業采用6 臺中海達雙頻GNSS 接收機同時觀測，數據采集過程中，采用靜態數據采集模式，歷元間隔為10 s，高度截止角為15°，并保證每個時段有效時長大于等于60 min。每天數據采集完成后，及時進行數據傳輸與備份，并對數據進行質量檢查，整個控制網數據采集期間未出現數據質量不符合要求情況。

3.3 基線及網平差

此次采用國家C級點：H489、H490、H496、HH497三點作為控制網起算點，H494 作為校核點，得出H494 點位誤差Δx=10 mm，Δy=9 mm，Δh=22 mm，均滿足《水利水電工程測量規范》。

3.4 河道控制測量

英武水庫河道平面控制測量時，由于河道為帶狀分布，長度長且寬度受限，故在構建平面控制網時，必須充分考慮河道地圖投影變形和起算點兼容性等問題。該水庫河道平面控制測量選擇合適的中央子午線，以減小投影變形的不利影響。在GPS控制網中展開不同等級起算控制點聯測，并進行無約束平差，以使精度同等級化，提升內部控制網精度。

RTK 在河道高程測量方面精度并不高，為此，應在得出可靠平面位置結果后，必須展開控制區域所分布的至少3個國家高等級水準點聯測。就英武水庫而言，所選取的水準點全部順河道呈帶狀分布，沿河道方向的擬合精度有保證。

3.5 河道帶狀地形圖

RTK 采集外業數據的過程和傳統測量中外業數據采集存在較大差別，僅部分參數由人工量取及設置外，包括數據自動接收、儲存、處理、精度計算等在內的整個RTK 測量工作幾乎全部在手簿控制下完成。

按照測量原理設置好基準站后校正點位，并保證校正點均勻分布在測區范圍內，以得到較為合理的轉化參數取值；并加強基準站和流動站工作狀態檢測與觀察，杜絕錯誤信息出現的可能性。為保證檢測數據翔實，縮短外業測量時間，并覆蓋整個河道，英武水庫測量前設置多個流動站，在1 個基準站的控制下，各流動站能獨立工作。

3.6 河道斷面測繪

河段測繪斷面線的選取與工程情況、地理位置、河岸條件等有關，斷面測量結果是河道治理、疏浚等工程量確定的主要依據。具體而言，確定設計斷面線位置、平面位置及水面點高程，并據此計算相應水位、瞬時水位、吃水訂正，河道底高程等參數值，繪制河道斷面圖。英武水庫采用無驗潮測深技術展開河道斷面測量及水下地形圖測繪，具體而言，利用測船上的RTK設備測得河道水面上相應點三維坐標以及相應水深，應用相關軟件自動生成水下地形圖及河道斷面圖。該技術在大面積水域斷面及水下地形測量中得到廣泛應用，考慮到英武水庫所在河道水位坡降比較大，應用無驗潮測深技術時無需在測區分塊設置若干處水位觀測點，工作效率提升。

4 結論

綜上所述，英武水庫GPS-RTK 測量相對定位成果數據點的高度角在20°以上；基線解算基線比例誤差系數小于20 ppm；重復基線測量差值小于5 mm 的接收機標稱精度固定誤差及2 ppm的比例誤差；異步環和同步環各坐標分量閉合差滿足規范要求。此次GPS 控制網中平面最弱點（YP49）點位誤差Δx為0.40 cm，Δy為0.40 cm；高程最弱點（YP49）高程中誤差Δh為1.33 cm；基線最弱邊（YP47-YP50）邊長相對中誤差為1/185 088，各項精度均滿足《水利水電工程測量規范》精度要求。GPS-RTK技術在英武水庫河道測量中的應用為類似工程提供了成功經驗。