三角測量在水利工程測量中的應(yīng)用研究

□包德高（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院）

0 前言

在當(dāng)今的水利工程領(lǐng)域中，隨著社會(huì)生產(chǎn)力不斷的發(fā)展，GPS這種技術(shù)也在此領(lǐng)域中開始大大的推廣使用了，但是這項(xiàng)技術(shù)也不是完美的。通過使用三角測量，可以彌補(bǔ)一些GPS所受的限制，保證精度的要求。

1 G PS的發(fā)展現(xiàn)狀

GPS這種全球定位技術(shù)是美國研發(fā)的一種導(dǎo)航系統(tǒng)，它的特點(diǎn)就是全球連續(xù)實(shí)時(shí)定位，可以為有需求的用戶們提供相當(dāng)精準(zhǔn)的定位，包括所需的坐標(biāo)、速度等相關(guān)的信息。GPS定位技術(shù)包括以下兩方面：一是單點(diǎn)的定位，二是相對的測地的定位。一般情況下，前者是主要的應(yīng)用方式。GPS主要由兩個(gè)部分組成的，一個(gè)是空間衛(wèi)星群，另一個(gè)是地面監(jiān)控系統(tǒng)?？臻g的衛(wèi)星群一般在6個(gè)軌道是均勻分布的，它的軌道和赤道之間的傾角大約55°左右，這樣的分布可以保證成功的接收4到11個(gè)GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)。

RTK技術(shù)是一種實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，這種技術(shù)是載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)的簡稱。它是根據(jù)載波相位的觀測值來進(jìn)行的，它可以不間斷地為用戶提供所測的站點(diǎn)在指定的三維坐標(biāo)的定位結(jié)果，其相應(yīng)的精度要求也可以達(dá)到厘米級(jí)，具體要求見表1。在這種技術(shù)的作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站是通過無線電的數(shù)據(jù)鏈條把它所觀測的結(jié)果和測站的坐標(biāo)信息一并發(fā)送給流動(dòng)站。而流動(dòng)站不但可以接收基準(zhǔn)站的載波相位信息，還接收通過GPS衛(wèi)星傳輸?shù)南鄳?yīng)載波相位信息，并組成相位差分觀測值從而進(jìn)行實(shí)時(shí)的定位。載波相位差分GPS可以分成兩種類別：一個(gè)是基準(zhǔn)站把載波的相位修正量發(fā)送給所需的用戶站，從而改正相應(yīng)的載波相位，進(jìn)而可以求解坐標(biāo)；另一個(gè)方面就是把基準(zhǔn)站所采集的載波相位發(fā)送給所需的用戶進(jìn)行求差，從而進(jìn)一步的解算坐標(biāo)。事實(shí)上，第一種類別是屬于準(zhǔn)RTK技術(shù)，而第二種類別才是真正的RTK技術(shù)。如果想要取得高精度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)坐標(biāo)，RTK儀器現(xiàn)在一般采用的是載波相位差分進(jìn)行測量。而在進(jìn)行載波相位差分測量的關(guān)鍵一點(diǎn)是要求進(jìn)行取整周模糊度。

表1 G PS測量基本要求表

2 G PSR TK缺陷

隨著國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，我國水利工程也有了很好的發(fā)展機(jī)遇，給水利勘察和設(shè)計(jì)提出了更高的要求伴隨相關(guān)領(lǐng)域軟件技術(shù)和硬件設(shè)備的發(fā)展，這個(gè)行業(yè)也開始逐漸的CAD化，為后期一系列相關(guān)的工作提供了便利，包括勘察、設(shè)計(jì)施工和管理等。RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)是載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)的簡稱，它具有高效率的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，定位技術(shù)，可以在作業(yè)現(xiàn)場提供經(jīng)過檢驗(yàn)的測量成果，而且可以在保證精度的狀態(tài)下，擺脫后處理的負(fù)擔(dān)和外業(yè)返工的困擾。但目前情況下，實(shí)際的測量工作仍然使用比較多的是全站儀，容易受到各方面因素的影響，如強(qiáng)度大、效率低、周期長等相關(guān)因素，勘察領(lǐng)域中引入GPS這種技術(shù)就非常必要了。然而GPS剛剛應(yīng)用，需深入推廣。另外，這也與衛(wèi)星的信號(hào)質(zhì)量有密切關(guān)聯(lián)。眾所周知，一般衛(wèi)星的信號(hào)在穿越大氣層的時(shí)候，都會(huì)受到電離層、對流層的影響，如電離層的折射、對流層的延遲的影響等，這些因素都會(huì)使衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量受到或多或少的干擾，進(jìn)而影響到衛(wèi)星信號(hào)的傳輸質(zhì)量，在這樣的情況下，一些地區(qū)就會(huì)因此而不能使用RTK進(jìn)行測量。一般情況，在GPSRTK的整個(gè)定位的過程當(dāng)中，誤差的來源一般分為以下3類：第一類誤差主要是由于用戶的接收機(jī)是公有的，這樣就可能導(dǎo)致類似于衛(wèi)星鐘誤差、星力誤差、傳播的延遲誤差等這樣的誤差情況，第二類誤差主要來源于每一個(gè)用戶的設(shè)備都是固有的，它可能帶來如下誤差，如內(nèi)部的噪聲、信號(hào)被干擾、氣象條件的影響誤差，接收機(jī)位置帶來的誤差，坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換帶來的誤差等等。第三類誤差來源于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的誤差。例如，已知的控制點(diǎn)可能存在誤差，坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的誤差，大地水準(zhǔn)面差距的內(nèi)插誤差等，考慮到這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)受到區(qū)域性的大地水準(zhǔn)面精度、坐標(biāo)系統(tǒng)不一致等多方面的影響，GPS RTK的高程精度就一直被認(rèn)為是不可靠的。鑒于上述原因，這項(xiàng)技術(shù)在我國的高程精度測量工作中就很少被采用。如果需要用到本地區(qū)的參考橢球面來作為基準(zhǔn)，還需要考慮到在本地的橢球面和WGS-84橢球面之間所存在的差異，這是考慮到GPSRTK這項(xiàng)技術(shù)所測得的是以WGS-84橢球面作為基準(zhǔn)的大地高，因此說需要對兩個(gè)橢球面之間的高程異常差來進(jìn)行考慮。

3 三角測量的優(yōu)勢

基于上述關(guān)于GPS的一些缺陷所在，三角測量的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了，由于三角測量被人所熟知，并且這項(xiàng)技術(shù)的操作也較為簡單，所受的限制也較少，尤其是精密三角測量。精密三角測量使用的是兩臺(tái)精度相當(dāng)高的智能全站儀，并且也進(jìn)行了改進(jìn)，可以做到雙向觀測，減少了大氣折射等帶來的不利影響，RTK技術(shù)主要是根據(jù)所載波相位觀測值來進(jìn)行實(shí)時(shí)差分的。它是這個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)新突破。眾所周知，不管是靜態(tài)方式的定位，還是準(zhǔn)動(dòng)態(tài)方式的一個(gè)定位模式，如果數(shù)據(jù)處理的速度滯后了，不能夠?qū)崟r(shí)的計(jì)算出定位的結(jié)果，同時(shí)也無法對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，這樣就很難保證數(shù)據(jù)的有效性了。然而日常工作中，誤差引起結(jié)果的不合格導(dǎo)致返工的事情常有發(fā)生。想要解決這個(gè)問題，就需要延長觀測的時(shí)間，從而保證所測量數(shù)據(jù)的可靠程度，但是這樣會(huì)影響到測量的工作效率。

PTK系統(tǒng)一般情況下包括兩種定位模式，一種是快速的靜態(tài)定位，還有一種就是動(dòng)態(tài)定位。這兩種模式的相互結(jié)合使用在水利工程中更加完美。首先，對于第一種定位方式，要求GPS靜止觀測，同時(shí)要接收衛(wèi)星的同步數(shù)據(jù)，進(jìn)而可以保證實(shí)時(shí)求出所需的三維坐標(biāo)。一旦求出的坐標(biāo)穩(wěn)定，并且符合精度方面的要求，就可以結(jié)束觀測了。一般的控制測量采用的是控制網(wǎng)加密，但是如果采用常規(guī)的測量方法，容易受到天氣的影響，惡劣的環(huán)境下是難以順利實(shí)施的，但是采用PTK系統(tǒng)，就可以獲得很好的效果。一般情況下定位一點(diǎn)的時(shí)間僅為5～10 min。隨著國家科技水平的進(jìn)一步提高，這種技術(shù)也會(huì)隨著提高，所需的時(shí)間也會(huì)進(jìn)一步縮短。那么在水利工程領(lǐng)域就可以用來替代全站儀進(jìn)行測量。RTK這項(xiàng)技術(shù)測量可以做到快速定位，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)掌握其結(jié)果。在進(jìn)行測量時(shí)，第一步是根據(jù)地形來估量，然后就可以形成數(shù)字化的管道地形圖。對于采集地形點(diǎn)，完全可以一個(gè)人完成，這樣既節(jié)省時(shí)間更節(jié)約人力。盡管這項(xiàng)技術(shù)和傳統(tǒng)的方法相比，優(yōu)勢較多，但是它也有劣勢所在，其一，受衛(wèi)星的影響，在一些樹木眾多、深林茂密的地區(qū)，衛(wèi)星信號(hào)就會(huì)被遮蓋，從而受到影響，這樣就會(huì)使得這些地區(qū)的定位受到影響，產(chǎn)生一些假定位的現(xiàn)象；其二，衛(wèi)星信號(hào)穿越大氣層時(shí)，受到對流層等干擾影響，這樣就導(dǎo)致一些地區(qū)不能夠使用這項(xiàng)技術(shù)。

4 結(jié)語

綜上所述，文章對GPS RTK進(jìn)行了詳實(shí)論述，并對其缺陷進(jìn)行了相關(guān)的分析，結(jié)合三角測量法發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行對比分析，突出了三角測量法在其相關(guān)領(lǐng)域中的優(yōu)勢所在。通過文中對比研究分析，為三角測量更加廣泛地應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。