GPS-RTK技術在水庫水下地形圖測繪中的應用探究

薛暉，張策

GPS-RTK技術在水庫水下地形圖測繪中的應用探究

薛暉，張策

（山西華緯測繪有限公司，山西 運城 044300）

摘 要：由于科技水平的不斷提高，GPS技術得到快速發展，并應用于多個領域之中。以水庫水下地形圖測繪中的應用為例，對GPS-RTK技術的有效應用進行詳細的研究，此次研究明確了GPS-RTK的重要性，從而為水庫水下地形圖測繪工作的有效開展提供保障。

GPS-RTK技術；水庫水利圖測繪；應用優勢；高程

在水利工程中，水下地形測繪工作的順利開展具有重要的作用，GPS-RTK技術在該工程中應用，不僅能夠使工程的精準度和質量得到顯著提升，而且使操作的過程中更加便捷，因此，需要對其在水下測繪中的應用進行詳細的研究。此次研究對豐富水庫水下地形圖測繪中GPS-RTK應用方面的知識具有理論性意義。

1 GPS-RTK技術的闡述

1.1 基本工作原理

GPS的基本工作原理為在定位衛星高速運轉的基礎上，將已知的瞬間位置當成起算數據，從而形成的GPS全球定位系統，利用空間距離來對測量位置進行有效的確定，該種方法不僅速度較快，而且準確性也相對較高。在動態測量以及靜態測量中，利用GPS全球定位系統來進行有效的定位，之后對復雜的數據進行有效運算，從而得到必要的結果。但是在野外實時測繪中應用時，會受到一定因素的限制，因此，在野外想要獲取厘米級定位結果時，需要將RTK定位測量技術應用其中。RTK定位技術以載波相位觀測為原理，該技術想要得到有效應用，需要使流動站和基準站保持四顆衛星跟蹤，之后利用基準站，將已知信息和觀測數據一起傳送到流動站之中，GPS觀測數據和鏈接數據能夠組成差分方程，從而有效保障信息處理的及時性。

1.2 RTK工作優勢

RTK工作優勢主要體現在以下幾方面：①無須在觀測點間進行通視，測量界的難點之一就是觀測點間進行通視，但是將GPS技術引入其中，可以使該難點得到有效解決，在空間方面，無須進行通視，從而使選點的自由度得到有效保障，但同時需要對其進行必要的注意，為了使GPS衛星信號被干擾的現象得到有效避免，要使測量上空的寬闊度得到有效保障；②氣候對觀測不會產生影響，并且時間較短，當基線處于20 km之內，只需5 min就能完成快速定位；③能夠實現三維坐標顯示，GPS測量不僅能夠使觀測點的平面位置被有效獲取，而且能夠對觀測位置的大地高程進行精準的獲取，從而以三維坐標的形式來進行呈現；④操作具有明顯的便利性，GPS測量技術的自動化程度較高，在運行開始之前，相關工作人員需要對相關儀器進行開關、監視等操作，可以將復雜跟蹤作業步驟省略。

2 GPS-RTK技術在水庫水下地形圖測繪中的應用優勢

2.1 工作效率顯著提升

將RTK技術應用于水庫水下地形圖測繪之中，能使工作效率顯著提升，有效縮減測量工作的流程，整個流程中都能實現一體化作業，一個工作人員就能完成水下地形測繪檢測站中的所有操作，顯著降低勞動強度的同時，使工作速度得到顯著提高，為技術行業的快速發展起到正向促進作用。

2.2 使測量數據的精準度顯著提升

將RTK技術進行有效應用，不僅能夠使地形圖的測繪比例達到將近1∶500，而且能夠使高程的精度要求得到滿足。除此之外，在測量的過程中會出現一定的誤差，但是誤差以均勻分布的狀態呈現，從而使誤差積累問題無法形成，使RTK測量的基本目標能夠有效實現，即平均精度、高程精度等都能夠以均勻狀態作用的形式存在。

3 水庫水下地形測繪作業的流程

3.1 設置控制網

從控制網的角度來講，其網形設計具有靈活性的特點，不僅常規測量中無須對其提出相關的要求，而且觀測點之間無須進行通視，但還是需要滿足一些特殊的規定。在控制網設置過程中，雖然地面圖形等因素對測量不會產生有效的影響，但是還需要對點位對應的圖形結構進行充分考量。在控制網進行大范圍設置時，需要將逐步推進法引入其中，當圖形結構的考量中缺乏充分性時，控制網在內插點之后會出現嚴重扭曲的現象，導致網形結構不牢固，平差結果不理想。

3.2 RTK差分定位

有效應用RTK差分技術，對探測儀的三維坐標進行精準獲取，尤其在比例較大的工程中RTK差分技術的優勢更加凸顯。在水庫水下地形測繪工程中，流動站和基準發射臺兩者之間的數據傳輸系統需要保持合理化的初始化前提，這樣在高質量數據傳輸過程中，能夠使計算時間有效降低，從而使其工作效率得到顯著提升。除此之外，在基準站必要條件得到滿足的前提下，進行RTK的有效運轉，需要在沒有遮擋、電臺信號較好、地勢較高的地方進行基準站的安裝，同時，需要在具有精確坐標的已知點中進行必要的安裝。

3.3 回聲探測儀探測

對水深度進行測量的儀器主要有單波束測深儀、多波束測深儀、回聲測深儀等，本文以單波束測深儀為例，對其進行詳細闡述。單波束測深儀的測深過程：采用換能器垂直向下發射短脈沖聲波，當這個脈沖聲波遇到海底時發生反射，反射回波返回聲納，并被換能器接收，其水深值由聲波在海底間的雙程旅行時間和水介質的平均聲速確定。其特點是波束垂直向下發射，接收反射回波，聲波旅行中沒有折射現象或折射現象可忽略不計，回波信號檢測方法只需使用振幅檢測法即可，單波束測深過程采取單點連續的測量方法，其測深數據分布特點是沿航跡分布，數據十分密集，而在測線間沒有數據。在數據處理成圖過程中，為解決測深數據分布不均問題，均采用數據網格化內插的方法來預測測線間數據空白區的水深變化情況和趨勢。數據處理的缺陷是無法探測到尺度小于測線間的微地形，通過網格化內插不僅會產生假地形，而且也會使測線上已經探測到的小尺度微地形通過內插平滑而歪曲、夸大或抑制。

3.4 高程異常

通常情況下，高程指的是大地高，測量中使用的高程為正常高，兩者之間存在一定的差異性，因此，在實際使用的過程中，需要將大地高轉換成正常高，兩者之間的差為高程異常。高程轉換通常用以下方式來完成：①基于重力場模型。高程異常是重力模型中的重要參數之一，對其進行合理的應用，將點位信息當成重要的依據，能夠對點位高程異常進行有效的求取，當數據的基數足夠大時，能夠使精準的高程異常得以確定。②數學模型擬合。當正常高是已知量的水準點時，在正常點確定的過程中，需要將水準聯測的方式引入其中，利用公式來對其進行有效的計算，從而來確定高程異常。在建立和使用數學函數模型的基礎上，對水準面高進行合理的模擬，并且對內插法進行有效使用，從而來對高程異常進行有效確定，由于數學模型之間存在一定的差異性，從而使得方法也存在較大的差異性，如二次曲面擬合法、加權平均法等。③聯合平差法。當對某水庫地下水域進行觀測時，如果觀測數據之間存在較大的差異，需要使用整體平差模型，并且利用聯合平差對數據進行處理，從而獲得正常高程，該方法雖然優勢相對比較明顯，但是區域大小會對其精準度產生直接的影響，因此，需要對數據密度優化、數據分布優化等進行重點關注。④平差轉換法。由于部分點之間存在三維坐標，將坐標轉換基本原理當成重要的依據，來對橢球面參數與大地水準面相互轉換參數進行有效的確定，與此同時，在平差計算中有效代入，在三維約束作用下，對未知點對應的正常高數值進行有效的確定。

4 結語

通過論述可知，在水庫水下地形圖測繪中應用GPS-RTK技術，不僅能顯著減少工作量，而且能夠使工作效率和精準度得到顯著提升，因此，對GPS-RTK技術進行全面研究具有重要的意義和作用。由于時代在不斷的發展，因此，需要對其進行不斷研究，從而使其能夠在水庫水下地形圖測繪中的作用得到最大化體現。

［1］楊正林，劉琴艷.水庫水下地形圖測繪中GPS-RTK技術的應用［J］.陜西水利，2018（Suppl1）：175-176.

［2］李世山.水庫水下地形圖測繪中GPS RTK技術的應用［J］.通訊世界，2018（4）：254-255.

［3］韋俊.GPS-RTK技術在水庫水下地形圖測繪中的應用［J］.南方農機，2016，47（3）：64，73.

［4］顧建冬，顧世峰.GPS RTK技術在水下地形圖測量中的應用分析［J］.科學技術創新，2014（12）：72.

［5］夏龍.GPS-RTK技術在水庫水下地形測量中的應用［J］.價值工程，2013（35）：212-213.

［6］楊玉光.關于水下地形測量中GPS-RTK技術的應用探討［J］.江西測繪，2013（3）：27-28.

［7］石紹忠.GPS RTK技術在水庫水下地形測繪中的應用探究［J］.建材與裝飾，2019，564（3）：249.

P228.4；TV221.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.071

2095－6835（2019）23－0152－02

〔編輯：嚴麗琴〕