GPS-RTK技術在河道橫斷面測量中的新探索

杜玉河 孔紅梅

河道橫斷面是河道勘測設計的一項主要內容，是設計土方量和河道中心線等工作的主要依據，此項工作不但任務重，而且測量復雜程度也較高。傳統的全站測量方法不但精度低，方位偏離也較大。隨著GPS-RTK的出現，我們利用其線放樣功能，創新了一種新的測量方法(我們可以命名為線放樣測量法)，這種方法不僅測量精度高、速度快，而且極大的減輕了工作量，為后期的設計工作提供了更好的測量成果。

1 傳統的河道橫斷面測量方法

傳統的測量方法大都為:鋼尺量距，水準測樁高，全站儀測斷面。首先，利用鋼尺從河道起點拉距離打樁，根據設計要求50 m或100 m一個斷面，把樁盡可能的打在通視較好的大堤上，以便于全站儀觀測;然后，用水準儀聯測所有樁號，平差出所有樁號的高程;最后，用全站儀架設在中樁上，肉眼估出垂直河道中心線的方向，對其實施測量。根據全站儀測量成果，提取出斷面上的平距和高程。這種方法的缺點:

1)斷面位置:根據鋼尺量距打樁，如果鋼尺走向不平行于河道中心線或處在河道的拐彎處，其樁號和實際樁號誤差在米級以上，而且從河道起點到終點誤差在疊加，在10 km的河道上，終點樁號差值可能達到幾十米;

2)方位偏離大:在實際測量中，斷面方向不可能垂直河道中心線，一旦定了測量方向，其方位偏差從儀器位置到遠處是線性增加的，其偏差肯定在米級以上;

3)測量精度低:由于存在著斷面位置偏差和方位偏差，其測量成果不能正確反映實際地形，為后期設計工作帶來不便;

4)工作量重:全站儀測量人員安排一般為1名觀測、1名記錄、2名跑桿，而且在地形條件較為復雜(山勢陡峭、樹林茂密、障礙物阻擋)的環境下測量，有時測量一個橫斷面要搬幾次儀器，明顯降低了測量進度。

2 GPS-RTK在橫斷面測量中的可行性分析

GPS-RTK測量技術以其精度高、速度快、全天候等諸多優點，已經是當今測量領域的主要作業模式，把其技術應用到橫斷面測量，對斷面測量也是一次技術革新。在河道勘測設計中，一般都是先測地形圖，在地形圖上設計橫斷面，提取橫斷面的起點和終點坐標，作為斷面線的起點和終點;在GPS的線放樣功能中，對所測的斷面進行放樣，在放樣線上進行斷面上特種點的測量。

2.1 GPS-RTK測量精度分析

下面是儀器標稱精度，RTK測量是實時的差分計算。也就是說，兩臺接收機(一臺基準站，一臺流動站)都在觀測衛星數據，同時，基準站通過其發射電臺把所接收的載波相位信號(或載波相位差分改正信號)發射出去;流動站在接收衛星信號的同時也通過其接收電臺接收基準站的電臺信號;在這兩信號的基礎上，流動站上的固化軟件就可以實現差分計算，從而精確地定出基準站與流動站的空間相對位置關系。在這一過程中，由于觀測條件、信號源等的影響會有誤差，即為儀器標定誤差，一般為平面1 cm+1 ppm，高程2 cm+1 ppm。

2.2 工程測量規范要求

根據工程測量對斷面測量的限差要求可知:

其中，f為檢查點至線路中樁的高差，l為檢查點至線路中樁的水平距離。通過對限差公式的分析，距離和工程的最高限差為:fh=0.1 m，fs=0.1 m，通過以上的分析，RTK很容易達到此精度。

表1 全站儀和GPS線放樣的數據對比分析

3 工程實例

在對臨汾境內汾河的勘測設計中，斷面測量是一項十分重要的工作。為了提高測量進度，保證測量質量，經過摸索和論證，提出了一種全新的河道測量斷面方法。

我們根據現有儀器:南方GPS(1+2模式)和人員 3名，分成兩個作業小組，另外一人看基站。操作步驟如下:

1)斷面線的數據處理:在CAD中，我們把斷面線的起點和終點提取出來，以記事本的格式導入GPS手簿;

2)系統校正，線放樣:選擇合適的地方架設基站，待基站正常工作后，啟動移動站，選擇線放樣功能，把待測斷面生成直線放樣，根據系統提示，把移動站放置到斷面線的特征點上采集點;

3)測量數據處理:把外業采集的點導入電腦，用 Excel提取出生成斷面所需的距離和高程，根據軟件對數據格式的要求，整理斷面數據;

4)圖形生成:在CAD中，導入整理好的斷面數據，斷面自動生成，然后檢查有無異常情況，并根據實際地形做相應處理。

我們對幾組斷面用全站儀和GPS線放樣的數據隨機抽取做對比分析，見表1。

在斷面線上用該方法測量斷面時，主要是在實地放置移動站采集特征點，通過系統提示的偏離距和測量員判定特征點放置儀器測量。

在對20組斷面的測量工作中，GPS的測量速度是全站儀的3倍，達到每小時3組～5組斷面，極大的提高了作業效率。通過精度的對比發現，GPS的精度遠遠優于全站儀測量精度。

4 結語

使用GPS-RTK線放樣功能測量橫斷面是一種可行的測量手段，基本不受天氣、障礙物等通視條件影響，完全改變了傳統測量的作業模式，不僅大大提高了作業效率，測量精度也得到大幅度的提高。

[1] GB/T 18314，全球定位系統(GPS)測量規范[S].

[2] SL 197-97，水利水電工程測量規范[S].

[3] 王風雷，盧清平.GPS-RTK技術在水深測量中的應用[J].山西建筑，2008，34(12):355-356.