RTK技術在水利工程斷面測繪中的應用研究

陳榮濤 秦洪泉 周鑫

摘要：隨著人民生活水平的提升，人們對于水利設施建設的要求越來越高，因此，對于水利工程相關的研究也越來越多。所以，在RTK技術在測繪范圍大、視線較弱，已知成果密度不明的條件建，通過RTK技術在水利工程斷面測繪中的具體性應用，對RTK技術的構成、工作原理、具體性應用方案等進行介紹和分析。

關鍵詞：RTK技術；水利工程；斷面；測繪；應用

引言

在近些年測量方法發(fā)展的過程中，差分GPS應用最為廣泛。而載波相位差分技術又被稱之為PTK實時動態(tài)定位技術，主要是在發(fā)生的時間節(jié)點處理兩個觀測站之間的載波相位量差分。同時，這也是GPS測量技術與數(shù)據(jù)傳輸技術共同發(fā)展下的產(chǎn)物，自身具備了定位速度快、保密性強、誤差小、操作性便捷、成本低、全天候的特性，不僅廣泛的運用于水利測量、礦山測量、交通測量、建筑測量等領域，而且在一定程度上，提高了工程測量的效率和質(zhì)量。

一、RTK技術的構成和工作原理

1.1RTK技術的構成

在RTK技術使用的設備中，主要是由GPS接收機、接收天線、電瓶、電臺、基座、背包、數(shù)據(jù)采集和處理軟件等構成。因此，在進行GPS實時測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，必須要保障數(shù)據(jù)處理功能的穩(wěn)定。GPS測量方法和GPS測量作業(yè)的運行模式是有一定關系存在的。不同的作業(yè)模式，可能會造成作業(yè)方法、作業(yè)時間、作業(yè)范圍有所差異。就當前作業(yè)的模式主要是由靜態(tài)和快速靜態(tài)定位、準動態(tài)及動態(tài)定位這兩種構成。而GPS靜態(tài)和快速靜態(tài)定位常常被用于沿線總體控制測量的工作中。

1.1.1GPS系統(tǒng)中的雙頻設備

不管是單頻接收設備，還是雙頻接收設備，他們都可以發(fā)揮出GPS實時測量的效果。因為單純的借助單頻設備對未知的數(shù)據(jù)進行初始化處理，不僅需要大量的時間，而且最終獲取的結果不一定受到大家的認可。所以，在實際工作的過程中，采用雙頻設備測量是最佳的辦法。

1.1.2GPS系統(tǒng)中實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

GPS系統(tǒng)中實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)指的就是將基準站的信息、觀測數(shù)據(jù)等，通過實時傳輸?shù)姆绞綄⑵鋫鬏數(shù)搅鲃诱?，之后將GPS系統(tǒng)與流動站觀測到的數(shù)據(jù)進行有效性方面的處理，而且處理期間，還可以同無線通訊設備進行合理的搭配，形成較為完善的、實時的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，當然，流動站依舊能夠?qū)鶞收镜墓ぷ鳡顟B(tài)、設站信息等進行了解，這對于進行信息排查方面的工作是有利的。如無線信號調(diào)制解調(diào)器，它自身具備數(shù)據(jù)量大、運轉(zhuǎn)速度快等方面的特性。

1.1.3GPS系統(tǒng)中實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

基準站的作用，主要就是將自身的信息、觀測到的數(shù)據(jù)，借助數(shù)據(jù)解算平臺進行相關方面的處理。由此可見，對各個單元實行的針對性處理方式不僅有效，而且還保證了鎖定五顆星左右的衛(wèi)星，其具備了較強的幾何圖形強度之外，還保證了點位的精確性。因此，功能強的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)就是當前RTK技術在水利工程斷面測繪首選的處理系統(tǒng)。同時，這種處理系統(tǒng)在發(fā)展的過程中，還在不斷地完善、創(chuàng)新和實踐。

1.2RTK技術的工作原理

RTK測量技術本就是以載波相位觀測量為基礎來對差分GPS測量技術進行實時的監(jiān)測，所以，其工作的原理就是基準站在第一時間，將測量到的載波相位觀測量、基準站坐標、偽距觀測值等采用無線電傳送的方式傳播給運動中的流動站，之后，通過流動站將接收到的基準站信息發(fā)射出去，并且對載波相位觀測量進行差分分析、處理，得到最終的基準站基線向量和流動站基線向量，而基線向量與基準站坐標就可以獲得流動站的坐標，以此來通過坐標進行一系列的轉(zhuǎn)換工作。

二、RTK技術的作業(yè)流程

2.1內(nèi)業(yè)準備

在進行RTK技術外業(yè)測量的前夕，應該要事先對測量區(qū)域的小比例尺地形圖進行收集方面的準備，在必要的情況下，還應該進行野外勘察，根據(jù)地形圖測量的特性完成一切內(nèi)業(yè)準備工作。第一，根據(jù)項目內(nèi)容，制動適當?shù)墓こ堂Q；第二，如果存在已知的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)，那么，就需要輸入到手薄之中；第三，如果不存在已知的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)，，那么，就應該將整理好的控制點的資料均勻地分布在觀測區(qū)域內(nèi)，盡可能的做到避開兩端無限外推的情況；第四，在工程項目放樣的過程中，內(nèi)業(yè)輸入的每一個放樣點都要確定設計坐標，這不僅有助于進行野外工作的實施，而且有助于提高放樣的準確性。

2.2求定測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)

2.2.1測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取

在水利工程項目建設區(qū)域進行測量時，往往都通過借助原有的控制點來獲取該區(qū)域的轉(zhuǎn)換參數(shù)，從而使其適應獨立的坐標系統(tǒng)。在該區(qū)域內(nèi)，理論上可以削弱變形帶來的影響，實際上提高了轉(zhuǎn)換之間的可靠性指數(shù)。一般基準站W(wǎng)GS-84坐標獲取存在兩種方式，第一種是采集，另外一種就是借助原有的數(shù)據(jù)，直接將數(shù)據(jù)輸入基準站W(wǎng)GS-84坐標手薄中獲取。而這種采集獲取的坐標，通常都是在沒有基準站W(wǎng)GS-84坐標成果使用的情況下，首先，基準站W(wǎng)GS-84坐標直接從手薄中讀取出來；其次，將流動站安置在控制點，即基準站W(wǎng)GS-84坐標位置處；最后，要注意在測量前對測區(qū)進行點位方面的校正，也就是要選擇三個，或者是三個以上的控制點，由此就可以獲得準確的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

2.2.2求定轉(zhuǎn)換參數(shù)控制點的選擇注意事項

為了能夠保障勘測區(qū)域數(shù)據(jù)的準確性，必須要選取合適的控制點，并且還要保證該控制點能夠覆蓋勘測區(qū)域，而且還能夠方便基準站的架設工作。借此，在對控制點選擇時，首先，選擇高大的建筑物，或者是地勢較高的區(qū)域，這里不僅要保證視野開闊，而且還要避免周圍障礙物的高度角超過10-15度；其次，該控制點能夠覆蓋勘測區(qū)域，而且還要查過勘測邊緣區(qū)域1km；第三，控制點在200m的范圍內(nèi)避開信號塔、發(fā)射塔，或者是功率較強的裝置；第四，盡可能的避開大面積水域，降低多路徑造成的信號減弱問題；第五，控制點粉不要均勻，每個控制點之間間距保持在10-15km之間；第六，與原有的控制點之間的重合點絕對不能低于三個。

2.3PTK技術的作業(yè)

PTK技術在作業(yè)的過程中，首先，就是構建基準站，這也是為了保障勘測數(shù)據(jù)的準確性，所以，通常將基準站的位置設定在已經(jīng)確定的點上；其次，做好GPS接收機、電池、電臺等連線方面的工作，將輸入一些可以作為基準站控制點坐標和其他點的控制參數(shù)，保證基準站設備能夠正常投入使用；最后，為了能夠保證轉(zhuǎn)換參數(shù)與參考站之間數(shù)據(jù)的準確性，可以適當?shù)脑跈z測工作開始之前，對各個控制點進行有效的驗證，保證控制點的穩(wěn)定性。

三、PTK技術在水利工程斷面測量中的應用

3.1合理設置PTK測圖和控制網(wǎng)

PTK技術在水利工程斷面測量中應用時，通過GPS構建了一套完善的首級控制網(wǎng)絡體系，通過雙頻機靜態(tài)觀測的方式進行數(shù)據(jù)平差方面的采集，由此獲得點位坐標，從而達到保證點位坐標準確的目的，而且還要加強控制網(wǎng)點聯(lián)測等級水準方面的控制，為首級網(wǎng)點三維高精度坐標的標準化處理奠定基礎。另外，在使用PTK技術對首級網(wǎng)點布局的過程中，保證網(wǎng)點控制在8km的范圍內(nèi)，這不僅有助于提高工作效率和資源的利用率，而且還能夠處理不同的比例尺測圖。

3.2河道帶狀網(wǎng)、渠堤縱截面的測量要點

因為GPS在應用的過程中，靈活性比較顯著，所以，在實際測量期間，可實現(xiàn)實時的動態(tài)性測量。由于在測量中實時獲得的測點，并不能保證點位間的通視效果，在點位達到標準的點數(shù)之后，必須立即停止觀測，沿著河道，渠線等進行控制和設置合理的布局以PTK技術為基礎的基準站。采用PTK技術為基礎這也是因為PTK技術在三維空間坐標體系內(nèi)明確的顯示控制點，所以，PTK技術不僅具備自動存儲數(shù)據(jù)的作用，而且還能夠?qū)σ呀?jīng)處理的資料做好編號處理工作。在處理工作期間，通過計算機輸入、輸出，繪制出帶狀的地形圖、河道截面圖、河道樁橫截面圖等，這不僅對于工作效率的提升有幫助，而且對于人力、物力的支出也有所降低。

3.2.1堤防工程的斷面測量工作

因為為了防止河道兩邊水土流失問題嚴重，所以，通常都會在河道兩邊種植大量的植物，所以，在進行斷面測量時，常規(guī)的斷面測量方法因為受到外界因素的制約，不僅使得工作時間延長，而且浪費了大量的人力、物力，借此，為了能夠進一步掌握實際的發(fā)展情況，采用PTK技術進行斷面測量方面的作業(yè)。首先，在測區(qū)范圍內(nèi)選擇15個E級的GPS控制點，并且保證每個控制點都能夠帶有四等水準的高程；其次，通過GPS專用數(shù)據(jù)軟件對測區(qū)WGS-84坐標與北京54坐標之間的關系進行解讀；最后，將其傳輸?shù)矫颗_移動的手薄之內(nèi)，實時的將各個測點北的坐標表現(xiàn)出來。另外，橫斷面仍舊采用的是GPS-PTK線路放樣功能進行水利工程實際情況的檢測，也就是在設計好的橫斷面上取兩個點位坐標，根據(jù)點位坐標形成一個線路文件，最終傳入到手薄之內(nèi)。GPS的基準臺主要架設在E級的GPS控制點處，天線嚴格對準，并且測量天線搞兩次以上的情況截取均值，而流動站實時的接收基準站發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，根據(jù)手薄的路線文件進行橫斷面線路的放樣測量，從而進一步實現(xiàn)實時的點位質(zhì)量控制。由此可見，PTK斷面測量的平面定位京都市中控制在0.01-0.04之間，高程測量精度一般都低于0.10m，這種精度是符合我國斷面測量要求的。所以，在進行斷面點數(shù)據(jù)采集的過程中，GPS流動站要始終堅持在斷面線上，使得斷面點偏離斷面線的最大距離都要控制在0.1m的范圍內(nèi)。

3.2.2灌區(qū)的縱橫斷面測量

灌區(qū)內(nèi)配置有相對的水利配套工程，還是需要進行現(xiàn)場的勘測、設計、施工。所以，在測量工作進行期間，必須要根據(jù)設計人員的要求，隨時將最新的線路測量數(shù)據(jù)傳輸回數(shù)據(jù)中心，并且做出相應的修改，借此，針對這種情況，PTK技術的引入是必然的。PTK技術是由設計人員將控制點的數(shù)據(jù)輸入到PTK接收機，由接收機將區(qū)域內(nèi)的斷面點測量數(shù)據(jù)在設定的線路中傳輸回總部，根據(jù)這些數(shù)據(jù)對已知點進行校測，進一步完善設計方案。

3.2.3水工建筑物的縱橫斷面測量

水工建筑物的縱橫斷面都是根據(jù)設計人員提供的設計坐標來建設的，測量人員將涉及的這些坐標輸入到PTK接收機上，根據(jù)兩點之間的坐標進行橫斷面測量方面的工作，當然，這種測量工作并不僅限于一個位置，而是針對整個水利工程建設區(qū)域而言。如在六道河電站工程項目中，對該項目的壩址、溢流洞、圍堰、導流洞等橫斷面都進行了相關的測量。

四、結語

綜上所述，PTK技術在線路定線測量的過程中，通過不斷地斷面測量實踐活動，將其相對于常規(guī)性測量方法的優(yōu)越性完美的呈現(xiàn)出來。首先，線路放樣法可以保證測量斷面點均勻分布在斷面線上；其次，PTK技術不會受到地形、氣候、可視性等方面因素的限制，工作效率得到了極大的提升；第三，PTK技術節(jié)約了大量的人力成本；第四，PTK技術測斷面點的準確度和一致性都比較高；第五，PTK技術在測量斷面點時，如果障礙物存在的情況下，通常會采用全站儀來配合后續(xù)工作的開展，保障數(shù)據(jù)的準確性。

參考文獻：

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