GPS-RTK測(cè)量技術(shù)在水利工程測(cè)繪中的運(yùn)用

摘要：GPS-RTK測(cè)量技術(shù)屬于現(xiàn)代化工程測(cè)量技術(shù)，具有定位準(zhǔn)確、操作便捷的特性，所提供的是三維立體坐標(biāo)，可一體化完成控制測(cè)量、工程放樣、數(shù)字地圖繪制等多項(xiàng)任務(wù)。為進(jìn)一步明確水利工程測(cè)繪中GPS-RTK測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用方法及價(jià)值效用，首先介紹了水利工程測(cè)繪中的GPS-RTK測(cè)量技術(shù)，然后結(jié)合工程實(shí)例探討了GPS-RTK測(cè)量技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用方法。旨在為水利工程測(cè)繪中科學(xué)應(yīng)用此技術(shù)提供參考。

關(guān)鍵詞：GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)水利工程測(cè)繪地形檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TV22

ApplicationofGPS-RTKMeasurementTechnologyinWaterConservancyEngineeringSurveyingandMapping

WANGDi

CangzhouWaterConservancySurveyandPlanningDesignInstituteCo.，Ltd.，CangzhouCity，HebeiProvince，061000China

Abstract：GPS-RTKmeasurementtechnologybelongstomodernengineeringmeasurementtechnology，whichhasthecharacteristicsofaccuratepositioningandconvenientoperation.Itprovidesthree-dimensionalcoordinatesandcanbeintegratedtocompletemultipletaskssuchascontrolmeasurement，engineeringlayout，anddigitalmapdrawing.TofurtherclarifytheapplicationmethodsandvalueofGPS-RTKmeasurementtechnologyinwaterconservancyengineeringsurveyingandmapping，thispaperfirstintroducestheGPS-RTKmeasurementtechnologyinwaterconservancyengineeringsurveyingandmapping，andthenexploresthepracticalapplicationmethodsofGPS-RTKmeasurementtechnologywithengineeringexamples，aimingtoprovidereferenceforthescientificapplicationofthistechnologyinwaterconservancyengineeringsurveyingandmapping.

KeyWords：GPSsatellitepositioningsystem;NetworkRTKtechnology;Waterconservancyengineeringsurveyingandmapping;Terraindetection

GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有24小時(shí)監(jiān)測(cè)、操控過(guò)程簡(jiǎn)便、檢測(cè)精度高、效率快等優(yōu)勢(shì)，可一次性完成被測(cè)物三維坐標(biāo)的檢測(cè)，相較于運(yùn)用傳統(tǒng)全站儀、經(jīng)緯儀等設(shè)備需要分別測(cè)出水準(zhǔn)、距離、角度的測(cè)量方法而言，效率更快且測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確率更高。GPS-RTK技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的組合技術(shù)，測(cè)量精度可達(dá)到厘米級(jí)，能夠節(jié)約測(cè)量時(shí)間，可節(jié)約由于測(cè)量精度不足而二次返工所產(chǎn)生的人力成本與時(shí)間成本，能實(shí)時(shí)回傳測(cè)量數(shù)據(jù)，利于推動(dòng)水利工程測(cè)繪工作的自動(dòng)化、現(xiàn)代化發(fā)展。

1水利工程測(cè)繪中的GPS-RTK測(cè)量技術(shù)

1.1多基準(zhǔn)站RTK技術(shù)

此技術(shù)是基于衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)而研發(fā)改進(jìn)的新型GPS-RTK測(cè)量技術(shù)，是在多基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)支持下的實(shí)時(shí)差分定位系統(tǒng)[1]。此技術(shù)可以彌補(bǔ)普通RTK技術(shù)的缺陷，可化解傳統(tǒng)RTK技術(shù)中基站及移動(dòng)站之間距離過(guò)短的問(wèn)題，定位距離可以達(dá)到70～100km之間，能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離定位。運(yùn)用此種技術(shù)展開(kāi)水利工程相關(guān)測(cè)量，可以減少測(cè)量精度誤差，提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確率。技術(shù)應(yīng)用時(shí)，需要構(gòu)建多個(gè)GPS系統(tǒng)基準(zhǔn)站，還要打造數(shù)量充足的基準(zhǔn)站連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)，然后校正處理流動(dòng)站坐標(biāo)觀測(cè)值，再結(jié)合基準(zhǔn)站坐標(biāo)數(shù)據(jù)，對(duì)流動(dòng)站整周模糊度進(jìn)行計(jì)算，從而得出準(zhǔn)確的流動(dòng)站坐標(biāo)位置。

1.2虛擬參考站技術(shù)

虛擬參考站技術(shù)是RTK技術(shù)之一，是在VRS理論基礎(chǔ)上誕生的，該技術(shù)應(yīng)用時(shí)，需要在區(qū)域范圍內(nèi)搭建多個(gè)GPS基準(zhǔn)站以形成網(wǎng)狀覆蓋，將虛擬參考站設(shè)置在移動(dòng)臺(tái)周邊，結(jié)合參考站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算虛擬參考站的虛擬觀測(cè)值，進(jìn)而精準(zhǔn)定位用戶(hù)站[2]。各基準(zhǔn)站需要在以太網(wǎng)支持下將原始衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心接收數(shù)據(jù)后，會(huì)計(jì)算各基線載波相位整周模糊度值，然后構(gòu)建誤差模型，移動(dòng)臺(tái)得到數(shù)據(jù)中心認(rèn)證后會(huì)創(chuàng)建移動(dòng)數(shù)據(jù)鏈路，獲取單點(diǎn)定位及初步位置坐標(biāo)。數(shù)據(jù)中心利用得到的初步位置坐標(biāo)構(gòu)建虛擬基準(zhǔn)站，與用戶(hù)站共同運(yùn)用單站RTK技術(shù)提取基準(zhǔn)站內(nèi)偏差影響校正值，再向移動(dòng)站用戶(hù)傳送RTCM格式的校正數(shù)據(jù)。最后由移動(dòng)臺(tái)分析校正信息并計(jì)算差分分解值，進(jìn)而得出精度為厘米級(jí)的定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

2水利工程測(cè)繪中GPS-RTK的應(yīng)用方向

2.1在加密控制點(diǎn)測(cè)定方面的應(yīng)用

水利工程建設(shè)前期，技術(shù)人員需要實(shí)地踏勘并測(cè)量施工現(xiàn)場(chǎng)，此時(shí)可以運(yùn)用GPS-RTK技術(shù)測(cè)量加密控制點(diǎn)。受到我國(guó)地理?xiàng)l件的影響，水利工程一般建設(shè)位置較為偏遠(yuǎn)，用于加密量的高級(jí)流動(dòng)控制點(diǎn)相對(duì)較少。若采用傳統(tǒng)測(cè)距儀、水經(jīng)儀等設(shè)備測(cè)量加密點(diǎn)，不僅工作量較大，且無(wú)法保證測(cè)量精度。尤其是斷崖等地形相對(duì)復(fù)雜的區(qū)域，在待測(cè)點(diǎn)處架設(shè)測(cè)量設(shè)備存在難度，部分測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)無(wú)法精準(zhǔn)獲取，經(jīng)模糊化處理后得到的測(cè)繪數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度有所不足。而應(yīng)用GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)測(cè)量加密控制點(diǎn)時(shí)，1500m范圍內(nèi)設(shè)置3個(gè)以上的加密點(diǎn)，便可以得出準(zhǔn)確的加密測(cè)量數(shù)量，可以大幅降低水利工程加密控制點(diǎn)的測(cè)量難度，并能提高測(cè)繪結(jié)果精度，可為水利工程設(shè)計(jì)與施工提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2在河道地形檢測(cè)方面的應(yīng)用

水利工程測(cè)繪時(shí)，具備大量水下情況測(cè)繪任務(wù)，然而由于水下情況下相對(duì)復(fù)雜，難以肉眼觀測(cè)。傳統(tǒng)水下測(cè)繪工作中，主要利用六分儀、三桿分度儀等設(shè)置測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，不僅測(cè)量耗時(shí)費(fèi)力，且具有較高的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可能受水下環(huán)境影響而無(wú)法得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。而利用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)實(shí)施水下測(cè)量，可以解決這一問(wèn)題。在測(cè)量河道地形時(shí)，可在電腦、測(cè)深儀支持下，結(jié)合運(yùn)用RTK設(shè)備及GPS導(dǎo)航軟件精準(zhǔn)定位測(cè)量點(diǎn)，然后在GPS導(dǎo)航軟件的指導(dǎo)下，在水下調(diào)整測(cè)量點(diǎn)的設(shè)置位置，之后將測(cè)深儀以及RTK設(shè)備傳送回來(lái)的測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦之中，再運(yùn)用河道測(cè)量軟件處理接收的數(shù)據(jù)，然后可利用處理后的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)繪制河道地形圖，可以清晰觀測(cè)到水下情況，從而為水利工程施工的科學(xué)設(shè)計(jì)保障。

2.3在數(shù)字化地圖測(cè)繪方面的應(yīng)用

數(shù)字化測(cè)繪是水利工程測(cè)繪的主要發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測(cè)繪之后，可以促進(jìn)水利工程測(cè)繪數(shù)據(jù)的流通性，提高數(shù)據(jù)利用率。而在GPS-RTK技術(shù)支持下實(shí)施水利工程測(cè)繪，所得出的數(shù)據(jù)信息更加精準(zhǔn)、可靠與全面，可在翔實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上構(gòu)建完善的水利數(shù)據(jù)庫(kù)，從而為水利工程測(cè)繪的數(shù)字化發(fā)展提供有力支持。在GPS-RTK測(cè)量技術(shù)逐步完善化發(fā)展的境況下，其對(duì)于數(shù)字化測(cè)繪的實(shí)現(xiàn)將會(huì)起到顯著的推動(dòng)作用。在數(shù)字化地形圖測(cè)量時(shí)，可以根據(jù)已知坐標(biāo)結(jié)果，利用RTK快捷、精準(zhǔn)定位，進(jìn)而準(zhǔn)確、全面采集測(cè)待地形數(shù)據(jù)，高效、快捷完成地形測(cè)量。可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形情況，科學(xué)設(shè)置與實(shí)時(shí)調(diào)整測(cè)量方法，通過(guò)成圖處理，利用采集得到的地形點(diǎn)構(gòu)建數(shù)字化管道地形圖，可以實(shí)現(xiàn)單人作業(yè)，能夠降低地形圖測(cè)繪的時(shí)間及人力成本[3]。

3水利工程測(cè)繪中GPS-RTK測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

3.1測(cè)繪方法確定

某小型水利渠道工程需要測(cè)量放樣并繪制斷面圖以計(jì)算土方，但因渠道測(cè)繪時(shí)間較為緊張，加之水利渠道測(cè)繪較為復(fù)雜，利用傳統(tǒng)測(cè)繪方法實(shí)施難度較大，因而選用GPS-RTK技術(shù)實(shí)施渠道放樣測(cè)量工作。控制網(wǎng)構(gòu)建是渠道放樣的重點(diǎn)，本水利渠道工程屬于線狀工程，具備較大測(cè)量面積，且需設(shè)置多個(gè)測(cè)點(diǎn)，除了要構(gòu)建管線測(cè)量平面控制網(wǎng)外，還需建設(shè)高程控制網(wǎng)，且這兩種控制網(wǎng)的精度均應(yīng)要控制在5cm左右。為此，工程選用GPS方式構(gòu)建控制網(wǎng)，無(wú)須各點(diǎn)相互通視，可突破網(wǎng)形限制，可用此方法建設(shè)管線測(cè)量平面控制網(wǎng)，然后采用水準(zhǔn)測(cè)量法構(gòu)建高程控制網(wǎng)。受到本工程位置影響，控制點(diǎn)間距離較遠(yuǎn)，因而測(cè)量控制網(wǎng)時(shí)利用雙頻接收機(jī)，并運(yùn)用靜態(tài)定位方式、按照四等水準(zhǔn)實(shí)施控制網(wǎng)測(cè)量。

3.2放樣前期準(zhǔn)備

3.2.1基準(zhǔn)站建設(shè)及人員配備

應(yīng)用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)之前，需要科學(xué)建設(shè)基準(zhǔn)站，在工程范圍內(nèi)選擇土質(zhì)硬度良好、易損性低、視野開(kāi)闊、強(qiáng)電磁干擾小、多路徑誤差影響偏低的區(qū)域作為基準(zhǔn)站建設(shè)位置，確保能夠清晰觀測(cè)10°高度角上方區(qū)域，以便GPS衛(wèi)星信號(hào)順暢發(fā)射與接收，并保證數(shù)據(jù)信息有效傳送。應(yīng)GPS測(cè)量、四等水準(zhǔn)觀測(cè)兩項(xiàng)工作分別由一名工作人員負(fù)責(zé)，要求所選人員經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)高超，并安排數(shù)量充足的專(zhuān)業(yè)性輔助施測(cè)技術(shù)人員。

3.2.2GPS平面控制測(cè)量

按照水利渠道工程測(cè)繪的技術(shù)要求，結(jié)合本工程的實(shí)際需求，需要對(duì)B級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行合理選取并實(shí)施準(zhǔn)確復(fù)測(cè)，從而將這些控制點(diǎn)作為施工測(cè)量定位的主要控制點(diǎn)。在設(shè)置加密控制網(wǎng)時(shí)，需要以水利渠道工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工條件、施工要求為依據(jù)，將測(cè)量區(qū)域中的B級(jí)網(wǎng)控制點(diǎn)設(shè)為起算點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)加密控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量[4]。要求基準(zhǔn)站應(yīng)設(shè)置于加密點(diǎn)處，以便于有效控制整個(gè)標(biāo)段的測(cè)量作業(yè)。

3.2.3基線解算檢驗(yàn)與網(wǎng)平差

利用HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件實(shí)施基線解算與網(wǎng)平差，先解算基線，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后再實(shí)施無(wú)約束平差，以便運(yùn)用WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)得出控制點(diǎn)大地坐標(biāo)。之后，再針對(duì)約束點(diǎn)實(shí)施約束平差，在北京54坐標(biāo)系為參心的大地坐標(biāo)系下求出控制點(diǎn)坐標(biāo)。然后對(duì)比測(cè)量所得坐標(biāo)與提供坐標(biāo)，確認(rèn)兩個(gè)坐標(biāo)限差是否超出規(guī)定范圍，如超出重新測(cè)量。

3.2.4參數(shù)轉(zhuǎn)換與控制點(diǎn)比測(cè)

解算檢驗(yàn)及網(wǎng)平臺(tái)完成后，應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)得到的大地坐標(biāo)及提供坐標(biāo)，對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。受到高程基準(zhǔn)面影響，為保障高程符合要求，應(yīng)在控制點(diǎn)高程基礎(chǔ)上增加部分高程差值，然后再將之向當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵婊鶞?zhǔn)進(jìn)行換算。然后還需實(shí)施控制點(diǎn)比測(cè)，利用位于加密點(diǎn)上的基準(zhǔn)站，根據(jù)轉(zhuǎn)換后的參數(shù)，采用GPS技術(shù)比測(cè)部分控制點(diǎn)，經(jīng)比測(cè)發(fā)現(xiàn)，控制點(diǎn)坐標(biāo)較差未超出允許范圍。

3.3RTK放樣測(cè)量

利用RTK實(shí)施測(cè)量時(shí)，需要采用VisualBasic程序?qū)η谰€路放樣點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果錄入電子表格后，存儲(chǔ)為csv格式，之后按照規(guī)定流程實(shí)施RTK放樣（見(jiàn)圖2）。放樣時(shí)，應(yīng)將移動(dòng)站設(shè)置在中部位置，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)性采集，求出200次采集數(shù)據(jù)的平均值，之后再微調(diào)移動(dòng)站位置，以使之符合設(shè)計(jì)值并契合北京54坐標(biāo)系。采用RTK技術(shù)放樣時(shí)，因檢查條件并不完善，為此，需要通過(guò)校核方式提高放樣精度。一種方法是利用開(kāi)關(guān)機(jī)采集放樣點(diǎn)坐標(biāo)平滑數(shù)據(jù)，采集兩次后求出數(shù)據(jù)差值，通過(guò)此方法排查放查錯(cuò)誤。第二種方法是利用鋼尺量取各放樣點(diǎn)的幾何尺寸，通過(guò)對(duì)比理論數(shù)據(jù)找出放樣問(wèn)題。

4結(jié)語(yǔ)

在水利工程測(cè)繪中應(yīng)用GPSRTK測(cè)量技術(shù)，可以解決傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)無(wú)法水下測(cè)繪或定位距離不足的問(wèn)題，能夠推動(dòng)水利工程測(cè)繪的數(shù)字化發(fā)展。結(jié)合工程實(shí)例發(fā)現(xiàn)，利用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)實(shí)施渠道測(cè)量，要做好前期基準(zhǔn)站建、人員配備、GPS平面控制測(cè)量、基線解算檢驗(yàn)與網(wǎng)平差、參數(shù)轉(zhuǎn)換及控制點(diǎn)比測(cè)等多項(xiàng)工作。而采用RTK放樣測(cè)量時(shí)，要按照規(guī)定流程實(shí)施，并加強(qiáng)精度控制。經(jīng)驗(yàn)證，實(shí)例工程采用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)放樣，高效、精準(zhǔn)得到了渠道放樣數(shù)據(jù)，保障了水利渠道工程的建設(shè)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]王波，王偉娜，陸威.GPS-RTK測(cè)量技術(shù)在水利工程測(cè)繪中的應(yīng)用[J].冶金管理，2020（23）：99-100.

[2]張金杰，魏立.GPS-RTK測(cè)量技術(shù)在水利工程測(cè)繪中的應(yīng)用[J].建材與裝飾，2019（12）：247-248.

[3]賈秀芳.RTK定位系統(tǒng)中GPS測(cè)量技術(shù)在水利水電工程測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2024，30（2）：57-61，67.

[4]宋宜昌.基于BIM+GIS的水利工程數(shù)字孿生構(gòu)建研究[D].鄭州：華北水利水電大學(xué)，2023.

[5]肖承語(yǔ).基于水線衍生模型的遼河口濕地潮灘淤蝕規(guī)律研究[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2023.