干渠渠道斷面測量中GPS-RTK技術的應用

劉 云，鄒江保

(江西贛禹工程建設有限公司，南昌 330000)

1 工程概況

喀什噶爾灌區位于新疆維吾爾自治區西南部，塔里木盆地西緣，南屏昆侖山，北連西天山，西部為帕米爾高原，東部為塔克拉瑪干大沙漠。地理座標E73°26′-78°03′，N37°26′-40°00′之間。喀什噶爾灌區包括克孜河子灌區、蓋孜河子灌區及庫山河子灌區等三個子灌區。蓋孜河東岸輸水干渠位于疏附縣塔什米里克鄉西部，從蓋孜河塔什米里克渠首起始，向東北延伸至最終投入蓋孜河三道橋渠首上游25km處，全長23.978km。

蓋孜河東岸輸水干渠(樁號0+000-23+977.6)，渠道23.978km。本標段樁號為0+000-5+800，包括陡坡工程10座、水閘加高工程1座。干渠主要通過黨河水庫實現引水，并主要承擔向喀什噶爾灌區所轄團場供水的任務，是喀什噶爾灌區重要的輸水干渠，運行至今，分水閘閘室底板已經出現不同程度的裂縫、混凝土剝蝕和破損，嚴重威脅分水閘運行的安全性。喀什噶爾河灌區蓋孜河東岸輸水干渠為土渠，也顯現出各種變形、淤積和坍塌，渠道輸水能力明顯下降，已經難以滿足灌區農業生產所需，為此，必須進行干渠渠道防滲改建。

2 斷面測量中GPS-RTK技術的應用

喀什噶爾河灌區蓋孜河東岸輸水干渠防滲改建工程屬于省部級重點水利改建工程項目，地形復雜，測量工作量大，如果運用常規性測量儀器則難以保證測量精度和效率，故選用GPS-RTK測量技術，在較短的時間內及惡劣的測量環境下，確保了測量任務的順利完成。參考站和流動站各設置一臺標稱精度±0.01m+1ppm、點位精度±0.02m的南方S82-2013測量儀，并通過藍牙及電子手薄實現流動站的連接，便于數據傳輸[1]。

2.1 控制網建立

通過GPS靜態作業模式在喀什噶爾河灌區蓋孜河東岸輸水干渠防滲改建工程沿線設立50個測點形成C級GPS網，在地形復雜、測量精度要求較高的特殊區域加設D級補充網。C級網固定誤差≤10mm，比例誤差≤5ppm，相鄰測點距離5-40km；D級網固定誤差≤10mm，比例誤差≤10ppm，相鄰測點距離2-15km。在喀什噶爾河灌區蓋孜河東岸輸水干渠防滲改建測量區域布設GPS控制網，既要考慮測量儀器加密，也要考慮RTK作業要求。參考站設置的各個點必須適合GPS靜態觀測。

為保證RTK參考站衛星信息的接受效率和有效作業，參考站各個架設點首先要適合GPS靜態觀測，還應盡量開闊無遮擋，確保系統持續成功地初始化，參考站和流動站共同跟蹤至少4顆衛星信號，并保持必要的幾何圖形強度。一旦參考站衛星信號接收受到影響，即便流動站觀測條件優良，也難以實現對至少4顆衛星信號的同時追蹤和所要求的幾何圖形強度。此外，通過參考站和流動站儀器設備標稱精度及測點間高程差進行測點之間距離的確定，測點布設還必須考慮測站間的通視性，排除山體遮擋和信號干擾[2]。

2.2 轉換參數的求取

所建立的RTK測量基準必須包括坐標投影參數、實測坐標系統、同WGS-84坐標系轉換信息，工程渠道斷面測量轉換參數主要根據控制點已有的地方坐標系、WGS-84坐標系和相應的求解軟件求解，全部求解點必須在測區內均勻分布。由于WGS-84坐標精度高，可以大大節省外業采控的工作量，確定轉換參數的高精度性。

2.3 斷面施測

在喀什噶爾河灌區蓋孜河東岸輸水干渠防滲改建工程測區建立控制網時就必須充分考慮C級和D級GPS架設點，數據信息采集通過RTK野外數據信息采集軟件包中的剖面測量功能實現，其既能保證測線(圖1)鉛直性，又能實時反映測量偏差，充分滿足渠道斷面測量精度要求。干渠改造區域內植被編碼、水深等數據點通過RTK地理信息碼項進行記錄，數據格式按后處理軟件要求設置。渠道斷面測量過程中只測量和記錄測點對應的水面高程和水深，不記錄水位。

圖1 測線布設情況

2.4 數據處理

RTK配套軟件所提取的渠道斷面數據并不能直接應用于干渠渠道改造實際，必須對其進行特殊處理，并保證數據輸出格式符合要求。喀什噶爾河灌區蓋孜河東岸輸水干渠防滲改建工程渠道斷面測量數據輸出格式為：X坐標、Y坐標、H高程、植被和水深編碼(植被編碼為整數，水深編碼為一位數小數)、日期、時間。

2.4.1 橫斷面數據處理

基于RTK所獲取數據的格式和AutoCAD軟件平臺，采用Visual Lisp開發工具進行RTK橫斷面數據處理程序設計，先將已有數據(*·TXT)讀入內存，根據單位步長確定測點線路行進方向的方位角，并據此及斷面寬度設定搜索區域收集外業采樣點，將數據由小到大排列后，計算其與測點距離和高差，最終按照預先設定的格式(*·MA2)將結果存入文文章件，實現內外業一體化[3]。

2.4.2 縱斷面數據處理

將地形圖掃描成圖像文件，并用AutoCAD軟件糾正圖像后為底圖，將所設置的縱斷面測點在圖上標明，繪制河道中心線，其與縱斷面測點必定存在偏差，以河道中心線為基面進行縱斷面測點在其上的投影，并借助程序計算投影點之間的距離，便可求得縱斷面測點里程值。將縱斷面測點位置、距離等數據以*·CSV格式調入Excel表格，縱斷面測點深泓點高程值通過高程值減除水深值求得。在已有文件中提取同時水位數據并黏貼至水尺工作水位表，能有效防止人為輸入誤差。縱斷面測點里程、深泓點高程、水位三項數據確定后，渠道縱斷面測量成果基本確定，在運用AutoCAD軟件便可繪制出喀什噶爾河灌區蓋孜河東岸輸水干渠防滲改建工程渠道斷面規劃設計圖(圖2)。

圖2 喀什噶爾河灌區蓋孜河東岸輸水干渠防滲改建工程渠道斷面規劃設計圖

3 精度檢查分析

GPS-RTK施測過程及結果精度常常受到觀測條件、環境溫濕度、風速、衛星信號源、儀器設備性能、施測方式等的影響，由此引起的平面誤差通常在1cm±1ppm范圍。高程誤差在2cm±1ppm范圍，高程測量結果精度較差，這一高程誤差也只是儀器標稱誤差，實際測量結果還必須考慮粗差的存在。

為控制誤差，保證高程測量精度，在完成喀什噶爾河灌區蓋孜河東岸輸水干渠防滲改建工程渠道斷面測量后，通過水準儀進行測區內20個就近一級均勻分布測點高程的重新測量與測量精度的檢查分析，具體結果如表1所示。

表1 測量精度水準儀檢查分析結果

由上表可知，|△H|≤0.05m的測點在20個測點中占95%，而且這些測點均分布在開闊地帶信號良好區域，△H=0.09m的測點位于信號較差的遮擋區域，屬于正常現象。檢查分析結果表明，以上數據并不存在異常值，精度可靠，基本符合新《水利水電工程施工測量規范》(SL 52-2015)對1:500及以上斷面測量精度的相關規定。

4 結 論

通過分析GPS-RTK技術在喀什噶爾河灌區蓋孜河東岸輸水干渠防滲改建工程渠道斷面測量中的應用可以看出，該技術比常規測量儀器測距大、放樣簡單、施測過程簡便、測量結果精度高，平面誤差可忽略不計，高程誤差在規定范圍內，在渠道斷面測量方面具有明顯優勢。為保證測量精度，測點的設置數量必須有所保證，同時必須在測區不同高程范圍內均勻分布。然而，GPS-RTK技術存在一定比例的初始化錯誤及測量粗差等弊端，這也是該技術在水利工程測量方面廣泛應用所亟待解決的問題。