英武水庫河道測量中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用

李文

（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550000）

0 引言

隨著RTK（Real Time Kinematic）實時動態(tài)測量技術(shù)的不斷成熟及在水利水電工程領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)測量模式發(fā)生了根本性變革。在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)的GPS-RTK技術(shù)主要基于載波相位觀測定位技術(shù)，能在三維定位中自動生成特定坐標系及實時測量點等信息，使測繪工作效率及精度大大提升。河道測量施工范圍廣，地形復(fù)雜，野外作業(yè)難度大；隨著社會生產(chǎn)水平的不斷提高，水體污染、河網(wǎng)淤積等影響河道穩(wěn)定的不利因素層出不窮。基于此，應(yīng)用GPS-RTK 技術(shù)展開現(xiàn)有河道系統(tǒng)性測量，為河道治理提供可靠翔實的依據(jù)迫在眉睫。

1 技術(shù)原理

GPS-RTK技術(shù)主要通過精準的定位及實時載波相位差分技術(shù)得到待測對象實時動態(tài)，在施測過程中，既要接收衛(wèi)星傳送數(shù)據(jù)，又要搜集整理觀測數(shù)值和站點坐標信息，并將相關(guān)信息整合后傳送至流動站。流動站將所收集到的數(shù)據(jù)鏈信息分析處理后，分別對采集和接收數(shù)據(jù)展開實時載波相位差分處理，得到較為精準的定位信息。

GPS-RTK 技術(shù)實時定位系統(tǒng)由基站接收機、流動站接收機、傳輸信道等設(shè)備組成，應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)展開水庫工程河道測量時，必須以控制點為測量點，并測量相應(yīng)的信號數(shù)據(jù)，其系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程詳見圖1。

圖1 GPS-RTK測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

GPS-RTK 測量技術(shù)既能展開精準定位，又能對測量點進行全面三維分析，與其他測量技術(shù)相比，定位精度高，誤差小，且無誤差累積，即使測量半徑在萬米以上，也能保證數(shù)據(jù)精度達到厘米級；野外作業(yè)測速快，效率高，節(jié)省測量計算時間的同時，還能提供更加直觀的測量精度空間信息；自動集成化程度高，可在無人值守及干預(yù)情況下完成多種測繪功能，降低人工操作誤差率，確保測量精度。

2 測量步驟

2.1 設(shè)立基準站

GPS-RTK 測量技術(shù)以基準站為河道測量的主要站點，基準站設(shè)立質(zhì)量直接影響流動站信息接收數(shù)量及質(zhì)量。通過基準架展開觀測時還必須合理確定觀測位置，保證測量期間15°截止高度角以上測區(qū)以及200 m半徑范圍內(nèi)無任何高大樹木、建筑物、電磁輻射源等障礙物和信號干擾源，以防止強電磁輻射干擾GPS-RTK 信號的發(fā)射和接收。一般情況下，應(yīng)將基準站設(shè)立在地勢相對較高且基礎(chǔ)穩(wěn)固的位置，以便于重復(fù)使用。

2.2 流動站測量

流動站開機并進入工作狀態(tài)后需要填寫工程名稱、投影參數(shù)設(shè)置、橢球系名稱，填寫完成后建立起新工程；進入設(shè)置界面，將電臺通道和基準站電臺通道設(shè)置一致，再設(shè)置流動站差分數(shù)據(jù)格式；校正控制點，并完成參數(shù)轉(zhuǎn)換，開始接收來自基準站的發(fā)射信號，并在對話框中輸入點名及天線高，并確認保存數(shù)據(jù)；最后輸出相應(yīng)格式的測量數(shù)據(jù)文件。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

英武水庫位于貴州省盤州市英武鎮(zhèn)，壩址所處河段為索橋河干流，壩址位于大山電站引水壩下游1 km 左右，庫區(qū)村寨多、密集，主要有劉官鎮(zhèn)花甲山村、英武鎮(zhèn)大寨村、城溪屯村、雙鳳鎮(zhèn)小坪地村、銀貢山村、龍洞村、薛官屯村等；輸水區(qū)涉及盤州市、普安縣、晴隆縣3 個縣區(qū)，輸水區(qū)管線主要由普晴干管、盤州干管和8條支管組成。輸水線路長106.80 km，其中，普晴干管長約37.10 km、盤州干管長約11.70 km，支管線路總長約58 km。供水灌溉工程主要由管道、隧洞、管橋等建筑物組成，隧洞進出口19 處、泵站5 座、管橋2 處，輸水區(qū)沿線山巒起伏，交通不便，且存在較大的測量難度。

3.2 控制網(wǎng)布設(shè)

平面坐標系統(tǒng)采用2000 國家大地坐標系；高程系統(tǒng)為1985國家高程基準；中央子午線為105°。此次在英武水庫工程輸配水區(qū)附近布測50個四等GPS控制點，聯(lián)測5個國家C級點，共55個點，布設(shè)成一個四等GPS控制網(wǎng)，GPS編號為：YP**。

此次布設(shè)控制點點位頂空視野開闊，通視條件好，便于發(fā)展；堅實穩(wěn)定，易于永久保存，交通便利、利于觀測的地方；遠離大功率無線電發(fā)射源200 m，遠離高壓輸電線路50 m。點位附近避開了大面積水域或其他強烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體。

此次外業(yè)采用6 臺中海達雙頻GNSS 接收機同時觀測，數(shù)據(jù)采集過程中，采用靜態(tài)數(shù)據(jù)采集模式，歷元間隔為10 s，高度截止角為15°，并保證每個時段有效時長大于等于60 min。每天數(shù)據(jù)采集完成后，及時進行數(shù)據(jù)傳輸與備份，并對數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查，整個控制網(wǎng)數(shù)據(jù)采集期間未出現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量不符合要求情況。

3.3 基線及網(wǎng)平差

此次采用國家C級點：H489、H490、H496、HH497三點作為控制網(wǎng)起算點，H494 作為校核點，得出H494 點位誤差Δx=10 mm，Δy=9 mm，Δh=22 mm，均滿足《水利水電工程測量規(guī)范》。

3.4 河道控制測量

英武水庫河道平面控制測量時，由于河道為帶狀分布，長度長且寬度受限，故在構(gòu)建平面控制網(wǎng)時，必須充分考慮河道地圖投影變形和起算點兼容性等問題。該水庫河道平面控制測量選擇合適的中央子午線，以減小投影變形的不利影響。在GPS控制網(wǎng)中展開不同等級起算控制點聯(lián)測，并進行無約束平差，以使精度同等級化，提升內(nèi)部控制網(wǎng)精度。

RTK 在河道高程測量方面精度并不高，為此，應(yīng)在得出可靠平面位置結(jié)果后，必須展開控制區(qū)域所分布的至少3個國家高等級水準點聯(lián)測。就英武水庫而言，所選取的水準點全部順河道呈帶狀分布，沿河道方向的擬合精度有保證。

3.5 河道帶狀地形圖

RTK 采集外業(yè)數(shù)據(jù)的過程和傳統(tǒng)測量中外業(yè)數(shù)據(jù)采集存在較大差別，僅部分參數(shù)由人工量取及設(shè)置外，包括數(shù)據(jù)自動接收、儲存、處理、精度計算等在內(nèi)的整個RTK 測量工作幾乎全部在手簿控制下完成。

按照測量原理設(shè)置好基準站后校正點位，并保證校正點均勻分布在測區(qū)范圍內(nèi)，以得到較為合理的轉(zhuǎn)化參數(shù)取值；并加強基準站和流動站工作狀態(tài)檢測與觀察，杜絕錯誤信息出現(xiàn)的可能性。為保證檢測數(shù)據(jù)翔實，縮短外業(yè)測量時間，并覆蓋整個河道，英武水庫測量前設(shè)置多個流動站，在1 個基準站的控制下，各流動站能獨立工作。

3.6 河道斷面測繪

河段測繪斷面線的選取與工程情況、地理位置、河岸條件等有關(guān)，斷面測量結(jié)果是河道治理、疏浚等工程量確定的主要依據(jù)。具體而言，確定設(shè)計斷面線位置、平面位置及水面點高程，并據(jù)此計算相應(yīng)水位、瞬時水位、吃水訂正，河道底高程等參數(shù)值，繪制河道斷面圖。英武水庫采用無驗潮測深技術(shù)展開河道斷面測量及水下地形圖測繪，具體而言，利用測船上的RTK設(shè)備測得河道水面上相應(yīng)點三維坐標以及相應(yīng)水深，應(yīng)用相關(guān)軟件自動生成水下地形圖及河道斷面圖。該技術(shù)在大面積水域斷面及水下地形測量中得到廣泛應(yīng)用，考慮到英武水庫所在河道水位坡降比較大，應(yīng)用無驗潮測深技術(shù)時無需在測區(qū)分塊設(shè)置若干處水位觀測點，工作效率提升。

4 結(jié)論

綜上所述，英武水庫GPS-RTK 測量相對定位成果數(shù)據(jù)點的高度角在20°以上；基線解算基線比例誤差系數(shù)小于20 ppm；重復(fù)基線測量差值小于5 mm 的接收機標稱精度固定誤差及2 ppm的比例誤差；異步環(huán)和同步環(huán)各坐標分量閉合差滿足規(guī)范要求。此次GPS 控制網(wǎng)中平面最弱點（YP49）點位誤差Δx為0.40 cm，Δy為0.40 cm；高程最弱點（YP49）高程中誤差Δh為1.33 cm；基線最弱邊（YP47-YP50）邊長相對中誤差為1/185 088，各項精度均滿足《水利水電工程測量規(guī)范》精度要求。GPS-RTK技術(shù)在英武水庫河道測量中的應(yīng)用為類似工程提供了成功經(jīng)驗。