GPS—RTK技術(shù)在汾河治理工程中的應(yīng)用

馮康 陳正威

[摘要]隨著GPS-RTK技術(shù)的不斷發(fā)展和走上成熟，它在測量領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，本文介紹了GPS-RTK技術(shù)的工作原理，較為詳細的介紹了其應(yīng)用于測量領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，本文通過GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用于"臨汾市百公里汾河治理與生態(tài)修復(fù)工程霍州段"的工程實例，展示了RTK技術(shù)在河道治理中應(yīng)用的可行性和優(yōu)勢，并對測量過程中需要注意的問題給予說明并提出優(yōu)化建議。

[關(guān)鍵詞]GPS-RTK 河道治理 測量 應(yīng)用

[中圖分類號] TV85 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-7-252-2

河道治理過程中需要一系列的測量工作，工程控制測量、橫斷面測量、邊線放樣、土石方量計算等。利用傳統(tǒng)的測量儀器水準(zhǔn)儀，全站儀等工作效率太低，而且觀測過程比較繁瑣，在河道地形不規(guī)則的變化中也存在著精度不均勻的問題，GPS RTK測量技術(shù)的引入，將會很好地解決這一系列的問題，文中結(jié)合工程實例“臨汾市百公里汾河治理與生態(tài)修復(fù)工程霍州段”的河道治理中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用，來介紹該項技術(shù)應(yīng)用與河道治理中的可行性與優(yōu)勢。

1GPS-RTK技術(shù)原理

GPS-RTK 測量技術(shù)（ Real Time Kinematic ）即實時動態(tài)測量技術(shù)[1]，它是以載波相位觀測為依據(jù)的實時差分技術(shù)，GPS-RTK技術(shù)是測量技術(shù)發(fā)展的一個突破。由基準(zhǔn)站接收機，數(shù)據(jù)鏈和流動站接收機三部分組成。其測量的基本原理是把基準(zhǔn)站接收機架設(shè)在已知或未知坐標(biāo)的點上作為參考站，對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，基準(zhǔn)站將其觀測數(shù)據(jù)和測站信息，通過無線電傳輸設(shè)備，實時地發(fā)給流動站，流動站接收機接收GPS衛(wèi)星信號的同時接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位原理，實時解算出流動站的三維坐標(biāo)，其測量精度能達到厘米級。

2GPS-RTK技術(shù)優(yōu)勢

（1）儀器操作簡便，定位精度高；利用這項技術(shù)只需一人，通過簡單的手部操作就可以實現(xiàn)高速快捷的測量工作，測量時間在3s左右，測量精度就可以達到±（1～3）cm.（2）測站無需通視，降低了作業(yè)要求，提高了工作效率。GPS-RTK測量技術(shù)的應(yīng)用解決了傳統(tǒng)測量方法中要求測站間必須通視的問題，利用該項技術(shù)測站無需通視，只要在基準(zhǔn)站信號覆蓋范圍之內(nèi)出現(xiàn)固定解，就可以走到哪測到哪，大大的提高了測量的工作效率。（3）系統(tǒng)集成度高，自動化程度高[2]。GPS-RTK作業(yè)系統(tǒng)采用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，測量過程無需人工干預(yù)，減少了人為誤差，其測繪功能強大，適用于地形測量，道路的施工放樣，河道的整治測量等大量測繪工作。（4）數(shù)據(jù)的獲得、輸入、導(dǎo)出和處理方便。利用GPS-RTK測量技術(shù)可直接獲取點的三維坐標(biāo)。數(shù)據(jù)處理功能也比較強大，可與計算機和其他儀器進行方便快捷的通訊，大大減少了人工工作量。（5）測量速度快，降低測量費用。GPS-RTK技術(shù)相對于傳統(tǒng)的測量方法，大大縮短了測量時間，進而會相對減少測量費用。

3GPS-RTK技術(shù)在河道治理中的應(yīng)用

臨汾市百公里汾河治理與生態(tài)修復(fù)（霍州段）工程位于臨汾地區(qū)北端的霍州市市區(qū)內(nèi)外，呈自北向南穿越市區(qū)的汾河上，綜合治理河道總長約31.813km。其中，霍州市城區(qū)深度治理段長約4.6km，霍州市城區(qū)外一般治理段長約27.213km。工程主要內(nèi)容：（1）霍州市城區(qū)深度治理段：河道整治疏浚、新建堤防、支流入汾口治理等深度治理工程。（2）、霍州市城區(qū)外一般治理段：堤防工程、河道疏浚工程、主槽固槽工程、支流入汾口工程。在此次工程中參與了霍州市城外七個標(biāo)段約14km的測量任務(wù)。

3.1硬件設(shè)備

測量的硬件設(shè)備主要有3 臺萊卡GPS RTK 接收機， 1+ 2 配置，平面標(biāo)稱精度為1 cm + 1 ppm，高程標(biāo)稱精度為2 cm + 1 ppm，軟件方面主要有GPS 數(shù)據(jù)處理軟件以及南方CASS 成圖軟件。

3.2系統(tǒng)安置

（1）基準(zhǔn)站：在已知或未知點上架設(shè)主機并對中整平，架設(shè)天線，正確連接電臺，主機和天線，打開主機和電臺，根據(jù)提示通過一系列參數(shù)設(shè)置后，基準(zhǔn)站就架設(shè)完畢。我們將基準(zhǔn)站安置在位于測區(qū)中間的一個高山上，選擇此處是因為此處為測區(qū)大致中心且附近無電磁干擾源，信號能很好的覆蓋整個測區(qū)。（2）移動站：將移動站主機天線安置在對中桿上，打開主機。（3）手簿：打開手簿，啟動軟件通過藍牙將移動站手部與移動站主機連接，根據(jù)手部提示設(shè)置參數(shù)，查看信號是否正常，是否提示出現(xiàn)固定解，待出現(xiàn)固定解時開始新建工程。

3.3求轉(zhuǎn)換參數(shù)，建坐標(biāo)系

GPS-RTK實測的坐標(biāo)一般是WGS一84大地坐標(biāo)系坐標(biāo)， 而在地形測量中所需要的是國家80（北京54）坐標(biāo)系坐標(biāo)或著地方獨立坐標(biāo)系坐標(biāo)[3]。因此在進行測量工作前需要進行坐標(biāo)匹配，從而建立本地坐標(biāo)系，到達測區(qū)后通過對測區(qū)內(nèi)不少于3個控制點進行觀測（單點觀測時間不少于3min），獲得控制點的WGS-84坐標(biāo)并通過系統(tǒng)操作和已知點的本地坐標(biāo)進行坐標(biāo)匹配，選擇滿足限差要求坐標(biāo)點參與七參數(shù)的求取，我們只需單擊“應(yīng)用”， 七參數(shù)就自動計算保存完畢，并啟用。

3.4精度檢核

系統(tǒng)設(shè)置及初始化完成之后正式進行測量之前，需要進行必要的測量檢核，以確保基站設(shè)置正確，測量數(shù)據(jù)精度可靠。我們對距離基準(zhǔn)站1～7km的一些四等已知控制點采用一點法進行檢核比較，結(jié)果表明，平面坐標(biāo)分量最大差值為2.01cm，高程最大差值為3.17cm，完全滿足測量精度要求。

3.5外業(yè)工作

地形圖復(fù)測 對于該項工程河道長度超過14km，且地形復(fù)雜，復(fù)測工作量較大，利用傳統(tǒng)測量方法進行復(fù)測將會耗費大量的時間、人力、物力，利用GPS-RTK技術(shù)則很好的解決了這一問題，無需設(shè)立測站，無需通視，單人即可操作儀器，觀測3s左右即可獲得單點的三維坐標(biāo)，方便快捷。

放樣 為了確定河道中樁，邊樁需要進行一些列的放樣工作，利用GPS-RTK系統(tǒng)自帶的放樣功能可以輕松完成放樣工作，萊卡RTK系統(tǒng)放樣功能包括單點的放樣和道路放樣，我們可以利用道路放樣功能事先輸入道路（河道中線，邊線）要素，系統(tǒng)自動形成道路文件，然后通過操作手部就可以完成中線和邊線上任意點的放樣。

檢測工程質(zhì)量 在施工過程中，利用放樣功能在實地選取特征點進行放樣，用于檢測施工質(zhì)量是否達到要求。

3.6內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

野外數(shù)據(jù)采集結(jié)束之后，當(dāng)天就可以通過數(shù)據(jù)導(dǎo)出工能導(dǎo)出數(shù)據(jù)，導(dǎo)出的數(shù)據(jù)一般為記事本格式，我們可以將其后綴名改為“.dat”格式后直接在CASS軟件上進行繪圖，土方方量計算等工作，方便快捷。

對于此工程的測量，我們將GPS-RTK測量方法與傳統(tǒng)全站儀測量方法進行了一系列對比：

數(shù)據(jù)采集方面：我們利用GPS-RTK對七個標(biāo)段進行地形復(fù)測用以進行土石方量的計算，整個測量過程耗時12天，平均一個標(biāo)段耗時1.7天，而利用全站儀單標(biāo)段最長耗時7天，最短耗時5天.

放樣方面：利用GPS-RTK放樣方便快捷，只需根據(jù)屏幕提示單人即可快速準(zhǔn)確地完成放樣工作，而利用全站儀則需至少兩人，且要求必須通視，兩人間也需不停的進行對話指導(dǎo)放樣，放樣速度較慢。

數(shù)據(jù)質(zhì)量方面，根據(jù)外業(yè)觀測的數(shù)據(jù)，最終計算出土石方量，利用GPS-RTK觀測數(shù)據(jù)得出的結(jié)果相對于實際方量差距較小，而利用全站儀數(shù)據(jù)得出的結(jié)果相對于實際量差距較大。

4需要注意的問題和優(yōu)化

（1）衛(wèi)星和天氣狀況的影響

衛(wèi)星狀況和天氣狀況會影響衛(wèi)星信號的傳播，導(dǎo)致測量無法形成固定解，容易產(chǎn)生假值，加大測量誤差。因此我們要選擇天氣條件較好的情況下進行。

（2）電磁干擾

存在電磁干擾的情況下，衛(wèi)星信號將受到干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作，此外在正午的時候，電離層干擾較大，因此我們在電磁干擾較大的條件下盡量不要采用，并且盡量避開正午時段進行測量。

（3）初始化的問題

在地形起伏較大，林區(qū)，建筑物附近作業(yè)時，GPS衛(wèi)星信號被阻擋機會較多，容易造成失鎖現(xiàn)象，頻繁的初始化延長了測量工作的時間，而我們在這些地方工作時必須要保證出現(xiàn)固定解時再進行測量，當(dāng)我們所立的測點遲遲無法形成固定解時，我們可以把天線移至附近有利于接收信號的地方，當(dāng)出現(xiàn)固定解后，慢慢移動儀器到該測點，這樣在一定程度上可以解決這個問題，對于觀測條件無法滿足要求的情況下，我們需要利用全站儀配合測量。

（4）電量供應(yīng)問題。

GPS-RTK系統(tǒng)需要電瓶，大容量電池才能保證連續(xù)作業(yè)，在電力供應(yīng)缺乏或偏遠地區(qū)作業(yè)將受到限制，因此，我們在每天的工作前要保證電瓶、電池及備用電池的電量充足。

5結(jié)束語

GPS-RTK技術(shù)的誕生在測量領(lǐng)域意義重大，其應(yīng)用于測量方面，大大地提高了工作效率，本文通過該項技術(shù)在河道治理方面應(yīng)用的工程實例，展示了該項技術(shù)用于河道治理的可行性和相對于傳統(tǒng)測量技術(shù)的優(yōu)越性。隨著國家工程建設(shè)量的進一步加大，它在測量方面將會扮演著越來越重要的角色。

GPS-RTK technology in the Fen River Regulation Project

FENG Kang 1 CHEN Zheng-wei 2

（1， North China University of Water Conservancy and Hydropower， Zhengzhou 450011，China ；2， Guiyang Water Survey and Design Institute Consulting Group， Guiyang 550000，China）

Abstract： With the development of GPS-RTK technology and embarked on a mature， its application in the field of measurement are increasingly being used， this paper introduces the principle of GPS-RTK technology， a more detailed description of the techniques used to measure the advantages of its field This paper technology used by GPS-RTK "Linfen hundred kilometers Fen River and ecological restoration project governance Huozhou segment" of engineering examples demonstrate the feasibility and advantages of RTK technology in the application of river regulation， and the measurement process needs give attention to the problem description and make optimization recommendations.

Keywords： GPS-RTK ， river regulation， survey， application .

參考文獻

[1] 徐紹銓等. GPS測量原理與應(yīng)用[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2008.

[2] 劉衛(wèi)東，王喚良等.RTK技術(shù)在馬家河整治工程中的應(yīng)用[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報.2009（05）：187-190.

[3] 袁天奇，周建業(yè). GPS-RTK技術(shù)在地形測量中的應(yīng)用與分析.河南水利.2005（06）：27-28.