RTK技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用

張興波，劉作慧

（1.綏濱縣水利勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì)，黑龍江綏濱 156200;2.虎林市石頭河灌區(qū)管理站，黑龍江虎林 158404）

1 引言

以往縣域農(nóng)田水利渠道設(shè)計(jì)開(kāi)挖、清淤采用傳統(tǒng)的手段，外業(yè)利用水準(zhǔn)儀測(cè)量渠道斷面的地形點(diǎn)，內(nèi)業(yè)計(jì)算再繪制方格網(wǎng)紙進(jìn)行斷面設(shè)計(jì)，這樣從外業(yè)成果到內(nèi)業(yè)不僅工時(shí)長(zhǎng)，涉及作業(yè)人員多，且效率小。RTK技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用與計(jì)算機(jī)的普及，使得傳統(tǒng)作業(yè)模式得到革新，工作效率極大提高。

2 RTK技術(shù)工作原理

RTK是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量，其工作原理可分為兩部分：

2.1 實(shí)時(shí)載波相位差分

利用GPS進(jìn)行定位時(shí)，會(huì)受到各種各樣因素的影響，為了消除這些誤差源，必須使用兩臺(tái)以上的GPS接收機(jī)同步工作。GPS靜態(tài)測(cè)量的方法是各個(gè)接收機(jī)獨(dú)立觀測(cè)，然后用后處理軟件進(jìn)行差分解算。那么對(duì)于RTK測(cè)量來(lái)說(shuō)，仍然是差分解算，只不過(guò)是實(shí)時(shí)的差分計(jì)算。也就是說(shuō)，兩臺(tái)接收機(jī)（1臺(tái)基準(zhǔn)站，1臺(tái)流動(dòng)站）都在觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，同時(shí)，基準(zhǔn)站通過(guò)其發(fā)射電臺(tái)把所接收的載波相位信號(hào)（或載波相位差分改正信號(hào)）發(fā)射出去;那么，流動(dòng)站在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)也通過(guò)其接收電臺(tái)接收基準(zhǔn)站的電臺(tái)信號(hào);在這兩信號(hào)的基礎(chǔ)上，流動(dòng)站上的固化軟件就可以實(shí)現(xiàn)差分計(jì)算，從而精確地定出基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的空間相對(duì)位置關(guān)系。在這一過(guò)程中，由于觀測(cè)條件、信號(hào)源等的影響會(huì)有誤差，即為儀器標(biāo)定誤差，一般為平面1cm+1ppm，高程2cm+1ppm。

2.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

空間相對(duì)位置關(guān)系不是用戶(hù)要的最終值，因此還有一步工作就是把空間相對(duì)位置關(guān)系納入用戶(hù)需要的坐標(biāo)系中。GPS直接反映的是WGS-84坐標(biāo)，而平時(shí)用的則是北京54坐標(biāo)系或西安80坐標(biāo)系，所以要通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換把GPS的觀測(cè)成果變成需要的坐標(biāo)。這個(gè)工作有多種模型可以實(shí)現(xiàn)，南方的軟件采用的是平面與高程分開(kāi)轉(zhuǎn)換，平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換采用先將GPS測(cè)得成果投影成平面坐標(biāo)，再用已知控制點(diǎn)計(jì)算二維相似變換的四參數(shù)，高程則采用平面擬合或二次曲面擬合模型，利用已知水準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算出該測(cè)區(qū)的待測(cè)點(diǎn)的高程異常，從而求出他們的高程。

3 RTK技術(shù)在渠道測(cè)量中的優(yōu)點(diǎn)

1）工作效率高。傳統(tǒng)測(cè)量一段渠道橫斷面需要4～5人完成，而使用RTK一人即可勝任。在信號(hào)條件好的情況下，作業(yè)半徑在5 km范圍，適時(shí)定位采集數(shù)據(jù)，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了工作效率。

2）數(shù)據(jù)安全可靠，沒(méi)有誤差積累。

3）作業(yè)條件寬松。RTK技術(shù)受通視、天氣、季節(jié)等因素的限制小，只要滿足設(shè)備的基本工作條件就能進(jìn)行快速定位作業(yè)。設(shè)備操作簡(jiǎn)易，易于使用。

4 斷面數(shù)據(jù)處理

在進(jìn)行渠道斷面設(shè)計(jì)時(shí)需要的點(diǎn)與點(diǎn)格式多為距離、高程，RTK采集地形點(diǎn)保存的格式為三維坐標(biāo)格式，如下所示：

a21，，712259.307，5284749.241，52.904

a22，，712268.713，5284746.725，51.604

a23，，712282.038，5284744.54，50.604

我們應(yīng)用縱橫斷面數(shù)據(jù)處理軟件將采集的RTK斷面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為水利部門(mén)要求的常規(guī)格式：

0+000 ，5 ，2 ，0，54.88，1.62，54.69

0+200 ，6 ，3 ，0，54.63，1.45，54.67

5 斷面設(shè)計(jì)

依據(jù)外業(yè)斷面測(cè)量數(shù)據(jù)成果，利用計(jì)算機(jī)軟件繪制斷面現(xiàn)狀圖，設(shè)計(jì)人員根據(jù)水利要素，如設(shè)計(jì)渠道頂高程、水位、溝底、坡比等要素，繪制標(biāo)準(zhǔn)斷面，即可得到渠道填挖土方等工作量，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化。

6 RTK高程精度的控制

遠(yuǎn)離城市、水利工程基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)薄弱，等級(jí)平面與高程控制點(diǎn)匱乏，很多偏遠(yuǎn)區(qū)域難以達(dá)到RTK精度擬合條件。針對(duì)水利特有的工作特點(diǎn)，為更好地發(fā)揮現(xiàn)代化技術(shù)，在高程精度方面，我們經(jīng)過(guò)實(shí)踐得到一定經(jīng)驗(yàn)：①縮小作業(yè)半徑，一般控制在5 km范圍;②縱斷仍采用精密水準(zhǔn)施測(cè)，控制線路精度，在控制范圍內(nèi)進(jìn)行點(diǎn)高程校核。實(shí)踐證明，這一方法對(duì)提高工作質(zhì)量有著積極作用。

7 結(jié)束語(yǔ)

利用RTK進(jìn)行水利工程測(cè)量不受天氣、地形、通視等條件的限制，斷面測(cè)量操作簡(jiǎn)單，工作效率比傳統(tǒng)方法提高數(shù)倍，大大節(jié)省人力，這必將推動(dòng)GPS RTK技術(shù)的在各領(lǐng)域的應(yīng)用。

[1]徐紹銓.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2007.

[2]張正祿，李廣云，潘國(guó)榮.工程測(cè)量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.