RTK 在防洪減災(zāi)數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

丁亞君DING Ya-jun

（浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，杭州 310002）

（Zhejiang Design Institute of Water Conservancy &Hydraulic Power，Hangzhou 310002，China）

0 引言

防汛本著“以防為主，防重于搶”的原則，做好各項(xiàng)工作。浙江省北部杭嘉湖平原是嘉興市經(jīng)濟(jì)、政治、文化、商貿(mào)中心，上海經(jīng)濟(jì)區(qū)的黃金腹地和浦東新區(qū)的延伸地，極具開發(fā)潛力和發(fā)展前景。南湖區(qū)地域面積426 平方公里，人口50 多萬。是我省重要的產(chǎn)糧基地，是經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的區(qū)域之一。整個(gè)測(cè)區(qū)地勢(shì)平坦，水網(wǎng)密布，河道縱橫，城鎮(zhèn)村落密集。年平均氣溫為16 度，屬第四系的河、海呈相淤泥沉積。

通過嘉興市南湖區(qū)防汛指揮系統(tǒng)（一期）防洪減災(zāi)數(shù)據(jù)采集，全面掌握嘉興市南湖區(qū)范圍內(nèi)水利基礎(chǔ)設(shè)施和基本農(nóng)田等的現(xiàn)狀地面高程，為全面分析地面沉降對(duì)區(qū)內(nèi)防汛工程，基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)的影響及所造成的損失提供依據(jù)；為地面沉降機(jī)理分析、預(yù)測(cè)與防治提供了基礎(chǔ)資料依據(jù)；為沉降風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的劃分提供數(shù)據(jù)依據(jù)；為建立區(qū)內(nèi)的數(shù)字高程模型提供基礎(chǔ)。

1 RTK 基本原理

RTK 定位技術(shù)即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（Real Time Kinematic）測(cè)量，是GPS 技術(shù)與數(shù)據(jù)通信技術(shù)相結(jié)合的載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在制定坐標(biāo)系統(tǒng)中的三維定位結(jié)果。

RTK 系統(tǒng)是由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的GPS 接收機(jī)接受GPS 衛(wèi)星信號(hào)，基準(zhǔn)站接收可視的衛(wèi)星信號(hào)，將基準(zhǔn)站的WGS-84 的參考坐標(biāo)、觀測(cè)值、衛(wèi)星狀態(tài)通過電臺(tái)的無線電數(shù)據(jù)鏈，傳輸?shù)搅鲃?dòng)站，流動(dòng)站接收機(jī)在跟蹤GPS 衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過無線電臺(tái)，接受基準(zhǔn)站傳輸來的觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用OTF（On The Fly）方法解求載波相位整周模糊度，并根據(jù)相對(duì)定位原理，實(shí)時(shí)獲得WGS-84 坐標(biāo)，再根據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)及投影方法實(shí)時(shí)計(jì)算出流動(dòng)站GPS 信號(hào)接收機(jī)的三維坐標(biāo)。

2 RTK 數(shù)據(jù)采集基本特點(diǎn)

能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。在RTK 作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS 觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，在整周未知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理。

3 RTK 數(shù)據(jù)采集應(yīng)用

3.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的獲取 GPS-RTK 測(cè)量是采用WGS-84 系統(tǒng)的坐標(biāo)，而本次成果要求平面為嘉興市地方坐標(biāo)系，高程為1980 國(guó)家高程基準(zhǔn)，所以要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解。

因七星鎮(zhèn)的D 級(jí)GPS 七星110 已經(jīng)被破壞，本次僅采集了均勻分布在整個(gè)測(cè)區(qū)的新豐159、新篁182、王店92、余新131 四個(gè)點(diǎn)的WGS-84 系統(tǒng)的坐標(biāo)。根據(jù)嘉興市地方坐標(biāo)系平面成果和二等水準(zhǔn)1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)成果，通過RTK 手簿的隨機(jī)軟件計(jì)算出整個(gè)測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)換參數(shù)（見表1）。

表1 參考點(diǎn)的轉(zhuǎn)換殘差及轉(zhuǎn)換參數(shù)表

3.2 網(wǎng)絡(luò)RTK 的使用 嘉興市測(cè)繪與地理信息局已初步完成嘉興市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)（JXCORS），為了工作的順利進(jìn)行，在業(yè)主和嘉興市測(cè)繪與地理信息局的大力支持下，申請(qǐng)并簽訂了該系統(tǒng)的使用協(xié)議。

外業(yè)隊(duì)在施測(cè)高程點(diǎn)前將轉(zhuǎn)換參數(shù)正確設(shè)置到接收機(jī)內(nèi)，并對(duì)接收機(jī)、手簿控制器及網(wǎng)絡(luò)控制中心之間的數(shù)據(jù)鏈接與傳輸進(jìn)行檢查，確認(rèn)接收機(jī)、手簿控制器及網(wǎng)絡(luò)控制中心之間的鏈接正確后再進(jìn)行校核。整個(gè)測(cè)區(qū)每相距3～5 公里范圍內(nèi)均有四等以上的高程控制點(diǎn)，高程數(shù)據(jù)采集前用已知高程點(diǎn)進(jìn)行校核，差值大部分為2cm 以下。

3.3 GPS-RTK 高程數(shù)據(jù)采集

①碎部點(diǎn)高程測(cè)量?jī)?nèi)容及精度。測(cè)量的內(nèi)容為整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)的河岸（包括浜）、堤防、水閘、機(jī)埠、主要橋梁、基本農(nóng)田、坎、旱地、園地、村鎮(zhèn)周邊及村鎮(zhèn)內(nèi)的主要道路等。由于本次收集到的1：2000 地形圖版本較早，很多地方變化很大，本次圈出了變化較大的范圍，測(cè)出了新建的加固坎和抽水機(jī)埠。

碎部點(diǎn)高程的密度按1：2000 地形圖1m 等高距精度要求進(jìn)行，即河岸、堤防、坎、旱地、村鎮(zhèn)周邊及主要道路實(shí)地30～60m 內(nèi)測(cè)了一個(gè)高程點(diǎn)；水工建筑物如水閘、機(jī)埠等每座各一點(diǎn)；橋梁一般測(cè)一點(diǎn)，跨度較大的測(cè)三點(diǎn)；基本農(nóng)田、園地每丘一點(diǎn)；重點(diǎn)關(guān)鍵部位及地形起伏變化大的地段高程點(diǎn)進(jìn)行了加密。

②高程數(shù)據(jù)采集。當(dāng)GPS-RTK 與已知高程點(diǎn)校核確認(rèn)無誤后開始高程數(shù)據(jù)的采集工作，觀測(cè)時(shí)在衛(wèi)星信號(hào)條件好，流動(dòng)站對(duì)中桿的圓氣泡嚴(yán)格穩(wěn)定居中，RTK 固定解穩(wěn)定收斂后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

4 主要技術(shù)問題和處理方法

GPS-RTK 的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)首先在整個(gè)測(cè)區(qū)用測(cè)過二等高程的四個(gè)D 級(jí)GPS 求得，高程數(shù)據(jù)采集是分區(qū)分塊進(jìn)行的，施測(cè)前通過離測(cè)塊最近的四等以上水準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)高程進(jìn)行比對(duì)，若比對(duì)差在±2 厘米以內(nèi)時(shí)就不改正，超過±2 厘米時(shí)通過改測(cè)桿的高后調(diào)整到準(zhǔn)確的高程上來。參見GPS-RTK 與已知點(diǎn)高程比對(duì)分布圖（圖1）。

圖1 嘉興市南湖區(qū)防汛指揮系統(tǒng)（一期）防洪減災(zāi)數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目GPS-RTK 與已知點(diǎn)高程比對(duì)分布圖

5 高程采集精度

外業(yè)工作全部結(jié)束后，對(duì)野外采集的高程數(shù)據(jù)用等精度的方法抽查了200 個(gè)點(diǎn)，與原測(cè)高程進(jìn)行了比較，差值最大的為+14cm，出現(xiàn)1 個(gè)，最小的為0，出現(xiàn)10 個(gè)，出現(xiàn)最多的為+3cm 有21 個(gè)，參見等精度方法抽查高程數(shù)據(jù)差值正態(tài)分布曲線圖。經(jīng)統(tǒng)計(jì)粗差數(shù)量為0 個(gè)，中誤差為0.08m，小于規(guī)范規(guī)定的中誤差允許值±0.17，精度統(tǒng)計(jì)如圖2 所示。

圖2 等精度方法抽查高程數(shù)據(jù)值正態(tài)分布曲線圖

6 結(jié)束語

利用RTK 測(cè)量采集高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，在大面積，開闊地區(qū)具有巨大的優(yōu)勢(shì)，使在防汛的數(shù)據(jù)采集工程變得簡(jiǎn)單、方便、快捷、高效，可以全天候作業(yè)，能提高測(cè)量精度。通過采集的高程數(shù)據(jù)，編制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖，同時(shí)為了全面掌握嘉興市南湖區(qū)水利地理空間數(shù)據(jù)現(xiàn)狀，給防汛指揮部門提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有效防范和降低洪澇災(zāi)害的威脅。

[1]李征航，等.GPS 測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2010.

[2]劉基余，等.全球定位系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].北京：測(cè)繪出版社，1999.

[3]趙璞，胡亞林，呂行.我國(guó)城市防洪特點(diǎn)及其應(yīng)對(duì)措施[J].中國(guó)防汛抗旱，2013（01）.