GPS-RTK配合CASS軟件在中小河流治理中的應用

曹紅勝　付銀娟

(1.鳳縣水資源管理站, 陜西 鳳縣　712700； 2.鳳縣水利局, 陜西 鳳縣　712700)

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GPS-RTK配合CASS軟件在中小河流治理中的應用

曹紅勝1付銀娟2

(1.鳳縣水資源管理站, 陜西 鳳縣712700； 2.鳳縣水利局, 陜西 鳳縣712700)

本文結合鳳縣旺峪河防洪工程杜家河段工程實例, 對GPS-RTK技術和CASS軟件在中小河流治理項目中如何使用進行了分析研究，并且闡述了野外地形測量、堤軸線點放樣、內業數據處理與成圖計算等方法。在中小河流治理項目中，該方法的應用提高了測量速度，能夠更加精確地控制工程量。尤其在堤線優化調整中，該方法減少了內業操作步驟，提高了工作效率。

GPS-RTK； CASS軟件； 操作應用； 數據整理

1　概　述

隨著中小河流治理項目的多年發展，項目管理中的工程量問題最易引起糾紛，工程計量要能夠體現科學性和規范性。土方量計算是工程管理的一個重要組成部分，也是最關鍵最繁瑣的一項工作。土方量直接關系到工程造價，要求其一定要符合實際。一般工程土方量主要包括挖方、填方等。按照施工設計的精度要求，一般采用橫斷面法，近似計算工程量。即沿其縱斷面每20m(具體數值根據不同的設計精度要求而定)取一個斷面，計算其橫斷面面積(包括挖方、填方等)，再乘以斷面間距，得出土方量。對于一條若干公里的河道來說，按這種方法計算工作量非常大。如果按照一個斷面一個斷面的手工計算，不僅工作量大，而且誤差大、效率低。筆者研究發現，隨著CASS軟件技術的發展，在工程計量、堤線調整、地形測量方面其優越性逐漸顯現出來，特別是對堤防橫斷面的套斷面和河道疏浚計量工作更為有利，減輕了工作量，提高了工作效率。

該軟件的計算是以RTK測量技術為前提。RTK測量技術是以載波相位觀測為根據的實時差分GPS 測量技術, 是GPS 測量技術中的一個新突破, 可在野外獲取點位厘米級的水平精度。RTK的工作原理是將一臺接收機置于基準站上，另一臺或幾臺接收機置于載體(稱為移動站)上，基準站和移動站同時接收同一時間、同一GPS衛星發射的信號，基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行對比，得到GPS差分改正值。然后將這個改正值通過無線電數據鏈電臺及時傳遞給共視衛星的移動站精化其GPS觀測值，從而得到經差分改正后移動站較準確的實時位置。

該項目采用M500測地型GPS接收機與HCE200手簿配套使用， M500的初始化快速精確，具有固定點測量和移動點測量的功能。HCE200是一款專門用于野外作業的手持數據終端。它是集外業和辦公室功能于一體的手持式計算機，采用Windows CE6.0操作系統，配合M500的手簿測量軟件，是測地通軟件。該軟件功能專業、全面、界面清晰、易學易懂，可運行于各種版本的CE系統及Mobile系統。測地通軟件集實時繪圖、電力設計、工程放樣、道路放樣、石油物探放樣、軌跡放樣、參考線放樣、直線庫放樣、面積周長計算等功能于一身，可以滿足各種工程的需求。

本文以鳳縣旺峪河防洪工程杜家河段為例，系統講述其放線以及地形測量技術，整個過程按照先內業后外業再內業的順序進行。

2　內業準備

2.1整理坐標文件

?在電腦上新建txt文本，命名為“放線點.txt”，輸入控制點坐標，控制點不宜少于3個，且不應在同一條直線上，控制點格式為點名、代碼、北坐標、東坐標、高程；?根據設計單位提供的施工圖原圖，對堤線執行【繪圖/點/定距等分】命令，按照20m距離等分，堤線等分距離根據地形復雜程度而定，并依次編號各個放樣點，用ID命令在CAD原圖提取放樣點坐標，將其復制到txt文本中，根據編號依次排列，點名、代碼、北坐標、東坐標、高程數據之間用英文狀態下的逗號隔開，保存退出(如圖1所示)。

圖1　放線點坐標

2.2坐標文件導入手簿

圖2　導入數據

用數據線連接電腦與手簿，將“放線點.txt”復制到手簿移動存儲設備中。在手簿桌面上打開RTK測量選項，執行【打開/新建任務】，輸入任務名“djh”(以英文和數字命名)，配置坐標系統，點擊接受，進行坐標系的設置(筆者默認選擇beijing-54坐標系統)。執行【文件/導入/當地點坐標導入】(如圖2所示)，默認選擇導入點文件格式，即“點名,代碼,X,Y,H”，選擇文件名稱旁邊的方框“…”，找到并打開移動存儲位置，在類型中選擇“All files”，此時移動存儲中的所有文件都會顯示出來，找到“放線點.txt”，執行【打開/確定】，會聽到連續點擊聲音，表示已經導入成功。執行【文件/元素管理器/點管理器】，會看到已經導入的已知控制點和放樣點，逐個雙擊控制點，勾選下方控制點方框并確定覆蓋。注意選擇的導入點文件格式要與txt文本輸入的坐標格式一致。

3　外業操作

3.1架設基站

基準站應當選擇視野開闊、地勢較高的地方，盡量避免高壓線、光纜、大樹等障礙物，以有利于衛星信號的接收和傳送。架設兩個三腳架，一個架設基準站，另外一個架設天線，安裝好電臺發射天線，把電臺掛在三腳架上，將蓄電池放在電臺的下方，接通電源線與數據線；基準站架設在已知點時要求對中和整平。基準站腳架和天線腳架之間應該保持至少3m的距離，避免電臺干擾GPS信號。接上移動站的棒狀天線，并固定在2m高的碳纖對中桿上。

3.2配置參數

?開啟各個設備電源，在手簿上雙擊打開RTK測量，執行【配置/手簿端口配置】，連接類型選擇藍牙，執行【配置/搜索】，搜索到移動站藍牙設備后，執行綁定命令，此時被綁定的藍牙設備會顯示紅心，執行【退出/確定】，顯示打開端口成功，自動退回RTK主界面；?執行【配置/基準站參數/基準站選項】，選擇廣播格式、天線類型高度等參數；?執行【配置/移動站參數/移動站選項】，注意選擇廣播格式要與基準站一致，選擇天線高度、測量到等參數；?啟動移動站接收機，如果無線電和衛星接收正常，移動站開始初始化，軟件的顯示順序為正在搜星/單點定位/浮動/固定，固定后方可開始測量工作，否則測量精度較低，需重新設置參數。

3.3控制點校正

在地面找到對應的已知控制點的實際位置，執行【測量/測量點】，此時命名的點名應與已知控制點名稱區別開來，否則重名自動覆蓋，測量已知控制點坐標，該點位信息即被存儲；一般至少用2個點進行校正、執行【測量/點校正/增加】，點擊確定，再次重復增加命令，選擇網格點名和GPS點名稱，執行【確定/計算】，并一直確定，默認坐標系統已被替換為所需要的坐標系統，自動返回RTK測量主界面。

3.4實地放線

執行【測量/點放樣/常規點放樣】，增加所有鍵入點，點擊確定，選擇放樣點，根據手簿顯示的往東、往西、往南、往北及左右方向指令，調整移動站位置，直至找到放樣點的實地位置，進行打樁標記，依次類推，將所有放樣點進行實地放樣，根據各個放樣點即可定出堤軸線。

3.5碎步測量

執行【測量/測量點】，命名點名稱1、2、3......(筆者以阿拉伯數字命名，但不得與控制點和放樣點重名)，按照每隔15～20m設置一個斷面，垂直堤線方向，對迎水面和背水面15m范圍內的地形地貌進行碎步測量，不必對每個地形點進行手動命名，手簿會自動根據阿拉伯數字順序進行命名，默認自動保存碎步數據。

4　內業數據處理

4.1導出測量點數據

?手簿操作：執行【文件/打開】，選擇要打開的文件夾并選擇相應的任務，點擊接受，使其成為當前打開狀態，即可看到主界面下新打開的任務名，執行【文件/導出/點坐標導出】，默認選擇顯示方式“當地平面坐標”，選擇導出的文件類型，并在導出的文件名中輸入“shuju”，點擊確定，彈出對話框，顯示“數據導出成功”，自動返回RTK主界面，導出的數據文件存儲在手簿內。退出RTK測量，在手簿桌面上打開文檔，找到d;jh文件夾，選擇導出文件“shuju”，執行【剪切/粘貼】至移動存儲；?電腦操作：用數據線連接電腦與手簿，如同u盤一樣執行【剪切/粘貼】至電腦。

4.2展測量點

?在電腦上運行已經成功安裝并且注冊的CASS軟件，系統自動默認新建文件，將“shuju.csv”更改后綴名為“shuju.dat”。執行【繪圖處理(比例尺默認1∶500)/展野外測點點號】，找到電腦存儲位置桌面，選擇數據文件“shuju.dat”，如圖3所示。點擊“打開”即可得到所有點名地形圖；?展高程點，執行【繪圖處理/展高程點】，輸入注記高程點的距離(不設置，默認為0)，得到如圖4所示地形圖(點名與高程點重合，為方便顯示，可暫時關閉某些圖層，待用時再自行打開)；?執行【文件/圖形存盤】，選擇保存位置，默認文件類型，文件命名為“測量地形圖.dwg”。

圖3　選擇數據文件

圖4　點名與高程地形圖

4.3復制堤線

運行Auto CAD軟件，找到并打開“杜家河施工圖”，選擇好復制基點，通過帶基點復制的方式，將原設計堤線粘貼至“測量地形圖”上。

4.4斷面劃分

執行【工程應用/生成里程文件/由縱斷面生成/新建】，如圖5所示。

圖5　生成里程文件命令

選擇縱斷面線時，單擊堤線，彈出對話框，根據堤防起點與終點方向，選擇等分，按照每20m生成一個斷面，橫斷面左右分別取寬度為15m，點擊確定，即自動在堤線上按照20m劃斷面線。執行【工程應用/生成里程文件/由縱斷面生成/生成】，再次選擇堤線，選擇高程點數據文件，把“生成的里程文件名”和“里程文件對應的數據文件名”同時命名“0”，輸入斷面線差值間距為3，如圖6所示，點擊確定，即沿堤線顯示樁號以及斷面線與堤線交點的高程，如圖7所示。

4.5生成斷面圖

執行【工程應用/繪斷面圖/根據里程文件】，彈出“輸入斷面里程數據文件名”對話框，選擇生成的里程文件“0.hdm”。單擊“打開”，彈出“繪制斷面圖”對話

圖6　生成里程文件對話框

圖7　斷面樁號與高程

框，設置相關參數，輸入或者在圖上選擇斷面圖放置位置，如圖8所示。單擊“確定”，得到所有節點斷面圖。該圖以堤線為中心，垂直堤線方向兩側15m的范圍內，每3m的間距取點連線，生成紅色地面線。

圖8　繪制縱斷面圖對話框

4.6套斷面圖

?根據設計院技術資料，基點位置即迎水面與堤頂交點，在已成的橫斷面圖上找到0+000點，并在該處繪制堤頂高程線，與0+000距離線的交點即為基點，依次將所有斷面圖的基點找到；?根據設計高程，繪制堤防斷面圖，并附帶基槽開挖線、回填線等一切需在橫斷面圖上確定面積的范圍線，選擇堤防橫斷面圖并按基點復制粘貼至每一個生成的地形斷面圖；?執行延伸或裁剪命令，將開挖、回填等線交于地面線，刪除堤頂高程線和輔助線等，如圖9所示。

圖9　套斷面圖

4.7計算工程量

執行【工具/查詢/面積、長度】，在圖上單擊相應端點即可量取面積或長度，根據一定的計算規則，即斷面面積與斷面間距離的乘積和即為工程量，其公式為Q=(S1+S2)/2×L(Q：相鄰兩斷面之間的填挖方量；S1、S2：相鄰兩斷面的填挖方面積；L：相鄰兩斷面的距離)，配合excel表格數據處理，即可得出土方開挖、回填工程量。

4.8堤線調整

若在實際施工中，須要進一步調整優化堤線，僅須重復4.3～4.7，便可立即生成新的斷面圖，便于調整，無須再次返回實測，也無須再次確定中心線與基點。

4.9河道疏浚應用

同樣的原理，按照斷面圖法計算河道疏浚工程量，無須復制堤線，但須確定疏浚范圍線。

5　結　語

a.在原來的測量方式中，由于實際測量過程中受地形限制，很難沿測量斷面走直線，從而在將測點用多段線相連后，呈現的是彎彎曲曲的多段線，如圖10所示。

圖10　測量點距離平面圖

該方法在生成斷面時，是將多段線轉換為直線，從而導致該斷面計算寬度自動增加，即系統將折線長度(a+b+c+d)作為斷面的計算寬度，其遠遠大于該斷面的近似實際寬度e,其誤差隨著斷面的寬度和地貌的復雜程度而變化，難以精確計算其工程量。筆者的研究解決了該問題，在測量數據處理時，自動在堤線上根據固定距離與堤線的交點取切線的垂線，如圖11所示。把多段線優化為直線，自動在地形圖上拾取高程，減少了點與點之間的水平距離誤差，使測量的效率和精確度得到有效提高。

圖11　自動生成斷面線

b.在外業測量中，對測量點的命名要求降低，手簿自動按照數字順序進行命名，每測一個點，無須再逐點進行命名的更改，避免了因命名不便和錯誤導致的數據錯誤，減輕了測量工作量，提高了測量效率與精確度。

c.在堤線優化調整中，該方法減輕了其作業量，一旦堤線有所調整，即可重新帶基點復制調整后的堤線，利用原地形測量數據，從而可快速生成斷面圖，無須重新確定中心線與基點，更無須再次進行野外測量。

Application of GPS-RTK cooperated with CASS software in small and medium-sized river governance

CAO Hongsheng1, FU Yinjuan2

(1.FengxianWaterResourcesManagementStation,Fengxian712700,China;2.FengxianWaterConveyanceBureau,Fengxian712700,China)

In the paper, Fengxian Wangyu River Flood Control Project Dujia River Section Project is adopted as an example. Application of GPS-RTK technology and CASS software in small and medium-sized river governance project is analyzed and studied. In addition, field topographic survey, dam axis point layout, industry data processing, mapping calculation and other methods are described. In small and medium-sized river governance project, the method can improve measurement speed, and engineering quantity can be controlled more accurately. Especially in dam line optimization and adjustment, the application of the method can reduce the operation steps within the industry, and improve the working efficiency.

GPS-RTK; CASS software; operation application; data sorting

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.01.015

TV221.1

B

1005-4774(2016)01-0048-06