淺談水利工程測量中RTK技術的應用

楊琦明

(遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧 沈陽 110006)

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淺談水利工程測量中RTK技術的應用

楊琦明

(遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧 沈陽 110006)

文章介紹了RTK技術的概念及基本工作原理，探討了RTK技術在水利工程測量中平面控制測量、水庫庫區淹沒界線界樁測量、水下測量、縱橫斷面測量中的具體應用，并將該方法與傳統水利工程測量方法進行比較，得出RTK技術所具有的精度高、質量好、減少外業勞動強度、效率提升明顯等優點。最后對RTK技術的不足加以總結，以及其在水利工程測量中未來的發展進行了展望。

RTK；平面控制測量；界樁測量；水下測量；縱橫斷面測量

在水利工程中測量工作先行于施工建設，工程建設的質量、安全及其功能都受到測量準確度和精度的直接影響。隨著社會的發展，當代水利工程規模日益擴大，同時對施工技術的精度和進度的要求也更加嚴苛，因此在水利測量中引入新方法、新技術、新儀器也是勢在必行。本文提及的RTK技術是一種依托于全球定位系統技術發展而來的高精度、實時高效的新技術。RTK(Real-time kinematic)全稱為實時動態差分法，之前的一些GPS測量方法，如靜態、快速靜態、動態測量等都需要內業數據解算處理才能獲得厘米級的精度，而RTK技術是能夠在野外測量的同時實時取得厘米級定位精度的測量方法，該方法為工程測量、點線放樣、地形測圖，以及控制測量帶來了極大的便利，提高了外業效率[1]。

1 RTK的工作原理

GPS-RTK測量技術既具有實時動態性,可以實時提供指定坐標系中測量點的平面及高程坐標，又保證了GPS測量原有的高精度特點，達到了厘米級精度。其基本工作原理可簡單描述為：將一臺接收機設置在已知點上作為參考站，另外一臺或數臺接收機放置在待測點上稱其為流動站，參考站與流動站同步采集衛星數據，參考站在接收衛星信號并進行處理的同時通過數據鏈將其觀測值、衛星跟蹤狀態和測站坐標信息一并傳輸給流動站；流動站將接受到的衛星信號與通過數據鏈接收到來自參考站的數據組成差分觀測值進行實時處理，實時計算出待測點的平面、高程坐標及其精度，并將實測精度與預設精度進行比較，當精度滿足要求后即可進行待測點的測量工作[2]。

RTK測量方法的整個過程都是在GPS系統中的WGS-84坐標系統下進行的，因此需要將其測量結果轉換成工程中經常使用的坐標系統成果才能為我們所使用。RTK測量方法通常采用同一組控制點求得WGS-84與目標坐標系統之間的轉換參數，從而實現RTK測量方法從WGS-84到任意坐標系間的轉換。

2 RTK技術在水利工程測量中的應用

2.1 RTK技術在水利工程平面控制測量中的應用

水利工程中的控制網布設范圍大,多山多水,地形復雜,采用三角測量、導線測量等傳統控制測量方法時往往會受到外部因素的影響，如庫區多雨多霧、控制點間不通視、山區交通不便利等，不僅費時費力，還往往達不到理想效果。較新的控制測量方法如GPS靜態測量、GPS快速靜態測量，雖然不需要控制點間通視，氣候適應能力較強，但這些方法無法滿足實時測量要求，仍須要進行內業處理工作，如果數據達不到技術要求還須返工重新測量。

采用RTK測量方法進行平面控制測量時可以實時定位，且精度可知。這樣在大大提高了作業效率的同時，也有效降低了作業成本。

2.2 RTK技術在水庫庫區淹沒界線界樁測量中的應用

測設水庫淹沒界線的目的，在于調查與計算由于水庫的形成，需要遷移居民、清理庫底、拆除建筑物所引起的各種賠償，以及規劃新居民點、確定防護界線和規劃水庫邊緣的土地利用等[3]。

傳統的界樁測量方法多通過三角測量、水準測量等方法將淹沒線放樣于實地。盡管這種方法十分直觀，但由于水庫庫區往往處于地形起伏劇烈的山區，三角測量的通視條件很難滿足，而濕地、沼澤、水洼地等，土地非常泥濘，植被茂盛，交通十分不便，很難選出水準路線，導致測量效率低下，且不能成圖，現今已基本不予采用。航空攝影測量法與遙感影像分析法均可以減少較多的外業工作，但由于界線測量沒有通過所在地有關人員的參與與確認，容易出現糾紛情況，且當庫區面積較小時，成本會很高。

采用RTK測量方法進行界樁測量時，由所在地相關人員參與，現場提供數據用以確認，有效避免糾紛的產生，同時較傳統測量方法也更加快速、經濟，精度較高，是較為可行的測量方法。

2.3 RTK技術在水下測量中的應用

水下地形測量作為測繪科學技術的重要組成部分，是海道測量、河流、湖泊測量的主要內容[4]。水下地形測量的工作主要分為定位和測深。傳統的定位方法有經緯儀前方交會定位、后方交會定位、全站儀定位等方法。前方交會需要定位點和兩個已知點進行通訊聯系，如果測區水流速較快，則對定位精度影響較大；后方交會需要在陸地上布置至少3個已知點，定位要求較高；全站儀定位要求全站儀架設在已知點上，這就導致以上方法都要求定位點與已知點滿足通視要求，使使用以上方法時作用距離短、范圍小，定位精度隨著距離增加而降低。相比傳統的定位方法，RTK技術無需滿足兩點間通視要求，受能見度、季節、氣候等因素影響小；定位精度高，數據實時可見，在作業范圍內誤差分布均勻；作業效率高，大大減少了測量儀器的搬站次數及所需控制點數量，RTK測深原理如圖1。

圖1 RTK配合測深儀原理

2.4 RTK技術在水利工程縱橫斷面測量中的應用

采用RTK技術進行縱橫斷面測量時，每臺流動站僅需一人即可完成斷面中中間點的平面以及高程測量工作，極大地解放了人力物力，同時也降低了測量人員的勞動強度，作業效率明顯提升。

3 RTK技術在某城市水源上移工程中的應用

3.1 工程概況

工程測區位于城市東部，引水隧洞起自中朝邊界鴨綠江，終于市區元寶山凈水廠，線路全長約25 km，穿越了城市三分之一的城區，建筑物密集；其他地區位于山區，山高林密，交通極其不便；取水頭部位于鴨綠江中，正值豐水期，水流湍急，以上情況給本次地形圖測量工作帶來很大困難。

3.2 確定轉換參數

由于本工程地形圖要求坐標系統為1954年北京坐標系統，而GPS采用的是WGS84坐標系統，因此須要進行轉換參數的設置。本次測量選取了遼寧省地理信息測繪局提供的遼寧省C級GPS網成果中的4個已知點作為轉換參數控制點。這4個已知點均勻分布在測區周圍并對整個測區進行了覆蓋，利用已知點的兩套坐標值得出了轉換參數。

3.3 RTK測量步驟

在已知點上架設好基準站，確定基準站工作正常。基準站架設完成后對流動站進行設置，確定流動站的工作模式與基準站相同，當流動站獲取到固定解，滿足測量精度后開始進行地形圖的測量工作。

3.4 精度分析

為滿足測量精度，在不同時間段分批多次對已知點進行了RTK測量，部分測量坐標與已知坐標比較見表1，與全站儀測量點的坐標比較見表2。

表1 測量坐標與已知點坐標比較表

表2 RTK測量坐標與全站儀測量坐標比較表

由此可見RTK測量無論是與已知點的坐標較差還是與全站儀觀測坐標較差皆低于相關測量規范要求，因此RTK技術的測量精度能很好地滿足工程測量精度要求[5]。

4 結 語

將RTK技術引入水利工程測量中后，可以極大地降低測量人員的外業勞動強度，減少外業作業人員數量和外業時間。相比傳統測量方法，RTK技術的效率可以提高數倍，實現了外業的自動化、智能化。RTK技術會在水利工程前期勘測，工程的施工以及后期變形監測、管理工作中發揮極大的作用。

[1] 王毅明,鐘金寧,黃志洲.GPS RTK測量技術的應用于體會[J]. 現代測繪,2003,26(2):28-29.

[2] 閆志剛,張兆龍,趙曉虎.GPS RTK作業模式原理及其實用技術[J]. 四川測繪.2001,24 (2):66-69.

[3] 伍小華,楊玉光,張世越. GPS實時動態RTK測量技術及在水庫測量中的應用[J]. 城市建設理論研究(電子版)，2011(24).

[4] 李俊,黃永.GPSRTK技術在水下地形測量中的應用[J]. 水電能源科學，2008(1):88-89.

[5] 臧朕,吳迪,張麗.RTK特征分析及未來應用展望[J]. 科技視界,2014(23):371-372.

Discussion on the application of RTK technology in hydraulic engineering survey

YANG Qiming

(InvestigationandDesignInstituteofWaterResourcesandHydropowerLiaoningProvince,Shenyang110006,China)

This paper introduced the concept and principle of RTK technology,and discussed on the application of RTK in horizontal control survey,reservoir region submerged boundary survey,underwater measurement and vertical and cross section survey.Compares with traditional hydraulic engineering measurement method,the RTK technology has the following advantages:high precision, good quality, low field intensity of labor, high efficiency.Finally, summarized the deficiency of the RTK technology,and prospected the future development of the RTK technology in hydrographic engineering survey.

RTK;horizontal control survey; submerged boundary survey; underwater measurement;vertical and cross section survey

楊琦明(1985-)，男，工程師，主要從事GPS應用的研究工作。

TV221

A

2096-0506(2016)10-0038-04