GPS-RTK測量技術在水利工程測繪中的運用

摘要：GPS-RTK測量技術屬于現(xiàn)代化工程測量技術，具有定位準確、操作便捷的特性，所提供的是三維立體坐標，可一體化完成控制測量、工程放樣、數(shù)字地圖繪制等多項任務。為進一步明確水利工程測繪中GPS-RTK測量技術的應用方法及價值效用，首先介紹了水利工程測繪中的GPS-RTK測量技術，然后結合工程實例探討了GPS-RTK測量技術的實踐應用方法。旨在為水利工程測繪中科學應用此技術提供參考。

關鍵詞：GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)網(wǎng)絡RTK技術水利工程測繪地形檢測

中圖分類號：TV22

ApplicationofGPS-RTKMeasurementTechnologyinWaterConservancyEngineeringSurveyingandMapping

WANGDi

CangzhouWaterConservancySurveyandPlanningDesignInstituteCo.，Ltd.，CangzhouCity，HebeiProvince，061000China

Abstract：GPS-RTKmeasurementtechnologybelongstomodernengineeringmeasurementtechnology，whichhasthecharacteristicsofaccuratepositioningandconvenientoperation.Itprovidesthree-dimensionalcoordinatesandcanbeintegratedtocompletemultipletaskssuchascontrolmeasurement，engineeringlayout，anddigitalmapdrawing.TofurtherclarifytheapplicationmethodsandvalueofGPS-RTKmeasurementtechnologyinwaterconservancyengineeringsurveyingandmapping，thispaperfirstintroducestheGPS-RTKmeasurementtechnologyinwaterconservancyengineeringsurveyingandmapping，andthenexploresthepracticalapplicationmethodsofGPS-RTKmeasurementtechnologywithengineeringexamples，aimingtoprovidereferenceforthescientificapplicationofthistechnologyinwaterconservancyengineeringsurveyingandmapping.

KeyWords：GPSsatellitepositioningsystem;NetworkRTKtechnology;Waterconservancyengineeringsurveyingandmapping;Terraindetection

GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有24小時監(jiān)測、操控過程簡便、檢測精度高、效率快等優(yōu)勢，可一次性完成被測物三維坐標的檢測，相較于運用傳統(tǒng)全站儀、經(jīng)緯儀等設備需要分別測出水準、距離、角度的測量方法而言，效率更快且測量結果的準確率更高。GPS-RTK技術是GPS測量技術與數(shù)據(jù)傳輸技術相結合而構成的組合技術，測量精度可達到厘米級，能夠節(jié)約測量時間，可節(jié)約由于測量精度不足而二次返工所產(chǎn)生的人力成本與時間成本，能實時回傳測量數(shù)據(jù)，利于推動水利工程測繪工作的自動化、現(xiàn)代化發(fā)展。

1水利工程測繪中的GPS-RTK測量技術

1.1多基準站RTK技術

此技術是基于衛(wèi)星導航定位技術而研發(fā)改進的新型GPS-RTK測量技術，是在多基準站網(wǎng)絡支持下的實時差分定位系統(tǒng)[1]。此技術可以彌補普通RTK技術的缺陷，可化解傳統(tǒng)RTK技術中基站及移動站之間距離過短的問題，定位距離可以達到70～100km之間，能實現(xiàn)長距離定位。運用此種技術展開水利工程相關測量，可以減少測量精度誤差，提高測量結果的準確率。技術應用時，需要構建多個GPS系統(tǒng)基準站，還要打造數(shù)量充足的基準站連續(xù)運行衛(wèi)星定位導航服務系統(tǒng)，然后校正處理流動站坐標觀測值，再結合基準站坐標數(shù)據(jù)，對流動站整周模糊度進行計算，從而得出準確的流動站坐標位置。

1.2虛擬參考站技術

虛擬參考站技術是RTK技術之一，是在VRS理論基礎上誕生的，該技術應用時，需要在區(qū)域范圍內(nèi)搭建多個GPS基準站以形成網(wǎng)狀覆蓋，將虛擬參考站設置在移動臺周邊，結合參考站實測數(shù)據(jù)計算虛擬參考站的虛擬觀測值，進而精準定位用戶站[2]。各基準站需要在以太網(wǎng)支持下將原始衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)實時傳送給數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心接收數(shù)據(jù)后，會計算各基線載波相位整周模糊度值，然后構建誤差模型，移動臺得到數(shù)據(jù)中心認證后會創(chuàng)建移動數(shù)據(jù)鏈路，獲取單點定位及初步位置坐標。數(shù)據(jù)中心利用得到的初步位置坐標構建虛擬基準站，與用戶站共同運用單站RTK技術提取基準站內(nèi)偏差影響校正值，再向移動站用戶傳送RTCM格式的校正數(shù)據(jù)。最后由移動臺分析校正信息并計算差分分解值，進而得出精度為厘米級的定位坐標數(shù)據(jù)。

2水利工程測繪中GPS-RTK的應用方向

2.1在加密控制點測定方面的應用

水利工程建設前期，技術人員需要實地踏勘并測量施工現(xiàn)場，此時可以運用GPS-RTK技術測量加密控制點。受到我國地理條件的影響，水利工程一般建設位置較為偏遠，用于加密量的高級流動控制點相對較少。若采用傳統(tǒng)測距儀、水經(jīng)儀等設備測量加密點，不僅工作量較大，且無法保證測量精度。尤其是斷崖等地形相對復雜的區(qū)域，在待測點處架設測量設備存在難度，部分測點的數(shù)據(jù)無法精準獲取，經(jīng)模糊化處理后得到的測繪數(shù)據(jù)準確度有所不足。而應用GPS-RTK測繪技術測量加密控制點時，1500m范圍內(nèi)設置3個以上的加密點，便可以得出準確的加密測量數(shù)量，可以大幅降低水利工程加密控制點的測量難度，并能提高測繪結果精度，可為水利工程設計與施工提供準確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2在河道地形檢測方面的應用

水利工程測繪時，具備大量水下情況測繪任務，然而由于水下情況下相對復雜，難以肉眼觀測。傳統(tǒng)水下測繪工作中，主要利用六分儀、三桿分度儀等設置測量相關數(shù)據(jù)，不僅測量耗時費力，且具有較高的安全風險，同時可能受水下環(huán)境影響而無法得出準確的測量結果。而利用GPS-RTK測量技術實施水下測量，可以解決這一問題。在測量河道地形時，可在電腦、測深儀支持下，結合運用RTK設備及GPS導航軟件精準定位測量點，然后在GPS導航軟件的指導下，在水下調整測量點的設置位置，之后將測深儀以及RTK設備傳送回來的測量數(shù)據(jù)導入電腦之中，再運用河道測量軟件處理接收的數(shù)據(jù)，然后可利用處理后的數(shù)據(jù)精準繪制河道地形圖，可以清晰觀測到水下情況，從而為水利工程施工的科學設計保障。

2.3在數(shù)字化地圖測繪方面的應用

數(shù)字化測繪是水利工程測繪的主要發(fā)展方向，實現(xiàn)數(shù)字化測繪之后，可以促進水利工程測繪數(shù)據(jù)的流通性，提高數(shù)據(jù)利用率。而在GPS-RTK技術支持下實施水利工程測繪，所得出的數(shù)據(jù)信息更加精準、可靠與全面，可在翔實的數(shù)據(jù)基礎上構建完善的水利數(shù)據(jù)庫，從而為水利工程測繪的數(shù)字化發(fā)展提供有力支持。在GPS-RTK測量技術逐步完善化發(fā)展的境況下，其對于數(shù)字化測繪的實現(xiàn)將會起到顯著的推動作用。在數(shù)字化地形圖測量時，可以根據(jù)已知坐標結果，利用RTK快捷、精準定位，進而準確、全面采集測待地形數(shù)據(jù)，高效、快捷完成地形測量。可結合現(xiàn)場地形情況，科學設置與實時調整測量方法，通過成圖處理，利用采集得到的地形點構建數(shù)字化管道地形圖，可以實現(xiàn)單人作業(yè)，能夠降低地形圖測繪的時間及人力成本[3]。

3水利工程測繪中GPS-RTK測量技術的應用實踐

3.1測繪方法確定

某小型水利渠道工程需要測量放樣并繪制斷面圖以計算土方，但因渠道測繪時間較為緊張，加之水利渠道測繪較為復雜，利用傳統(tǒng)測繪方法實施難度較大，因而選用GPS-RTK技術實施渠道放樣測量工作。控制網(wǎng)構建是渠道放樣的重點，本水利渠道工程屬于線狀工程，具備較大測量面積，且需設置多個測點，除了要構建管線測量平面控制網(wǎng)外，還需建設高程控制網(wǎng)，且這兩種控制網(wǎng)的精度均應要控制在5cm左右。為此，工程選用GPS方式構建控制網(wǎng)，無須各點相互通視，可突破網(wǎng)形限制，可用此方法建設管線測量平面控制網(wǎng)，然后采用水準測量法構建高程控制網(wǎng)。受到本工程位置影響，控制點間距離較遠，因而測量控制網(wǎng)時利用雙頻接收機，并運用靜態(tài)定位方式、按照四等水準實施控制網(wǎng)測量。

3.2放樣前期準備

3.2.1基準站建設及人員配備

應用GPS-RTK測量技術之前，需要科學建設基準站，在工程范圍內(nèi)選擇土質硬度良好、易損性低、視野開闊、強電磁干擾小、多路徑誤差影響偏低的區(qū)域作為基準站建設位置，確保能夠清晰觀測10°高度角上方區(qū)域，以便GPS衛(wèi)星信號順暢發(fā)射與接收，并保證數(shù)據(jù)信息有效傳送。應GPS測量、四等水準觀測兩項工作分別由一名工作人員負責，要求所選人員經(jīng)驗豐富、技術高超，并安排數(shù)量充足的專業(yè)性輔助施測技術人員。

3.2.2GPS平面控制測量

按照水利渠道工程測繪的技術要求，結合本工程的實際需求，需要對B級控制點進行合理選取并實施準確復測，從而將這些控制點作為施工測量定位的主要控制點。在設置加密控制網(wǎng)時，需要以水利渠道工程現(xiàn)場實際施工條件、施工要求為依據(jù)，將測量區(qū)域中的B級網(wǎng)控制點設為起算點，進而對加密控制點進行測量[4]。要求基準站應設置于加密點處，以便于有效控制整個標段的測量作業(yè)。

3.2.3基線解算檢驗與網(wǎng)平差

利用HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件實施基線解算與網(wǎng)平差，先解算基線，經(jīng)過驗證達到標準后再實施無約束平差，以便運用WGS84坐標系統(tǒng)得出控制點大地坐標。之后，再針對約束點實施約束平差，在北京54坐標系為參心的大地坐標系下求出控制點坐標。然后對比測量所得坐標與提供坐標，確認兩個坐標限差是否超出規(guī)定范圍，如超出重新測量。

3.2.4參數(shù)轉換與控制點比測

解算檢驗及網(wǎng)平臺完成后，應根據(jù)實測得到的大地坐標及提供坐標，對各個參數(shù)進行轉換。受到高程基準面影響，為保障高程符合要求，應在控制點高程基礎上增加部分高程差值，然后再將之向當?shù)乩碚撟畹统泵婊鶞蔬M行換算。然后還需實施控制點比測，利用位于加密點上的基準站，根據(jù)轉換后的參數(shù)，采用GPS技術比測部分控制點，經(jīng)比測發(fā)現(xiàn)，控制點坐標較差未超出允許范圍。

3.3RTK放樣測量

利用RTK實施測量時，需要采用VisualBasic程序對渠道線路放樣點坐標進行計算，將計算結果錄入電子表格后，存儲為csv格式，之后按照規(guī)定流程實施RTK放樣（見圖2）。放樣時，應將移動站設置在中部位置，然后對數(shù)據(jù)進行重復性采集，求出200次采集數(shù)據(jù)的平均值，之后再微調移動站位置，以使之符合設計值并契合北京54坐標系。采用RTK技術放樣時，因檢查條件并不完善，為此，需要通過校核方式提高放樣精度。一種方法是利用開關機采集放樣點坐標平滑數(shù)據(jù)，采集兩次后求出數(shù)據(jù)差值，通過此方法排查放查錯誤。第二種方法是利用鋼尺量取各放樣點的幾何尺寸，通過對比理論數(shù)據(jù)找出放樣問題。

4結語

在水利工程測繪中應用GPSRTK測量技術，可以解決傳統(tǒng)測繪技術無法水下測繪或定位距離不足的問題，能夠推動水利工程測繪的數(shù)字化發(fā)展。結合工程實例發(fā)現(xiàn)，利用GPS-RTK測量技術實施渠道測量，要做好前期基準站建、人員配備、GPS平面控制測量、基線解算檢驗與網(wǎng)平差、參數(shù)轉換及控制點比測等多項工作。而采用RTK放樣測量時，要按照規(guī)定流程實施，并加強精度控制。經(jīng)驗證，實例工程采用GPS-RTK測量技術放樣，高效、精準得到了渠道放樣數(shù)據(jù)，保障了水利渠道工程的建設質量。

參考文獻

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