GPS-RTK技術(shù)在大廠縣總干渠斷面測(cè)量中的應(yīng)用

武榮榮

近年來(lái)，隨著GPS-RTK技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，GPS-RTK技術(shù)在測(cè)繪中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。利用傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀和全站儀等進(jìn)行斷面測(cè)量，受距離、天氣、通視及通訊等條件限制，工作效率比較低，斷面成果的質(zhì)量也不是太高。隨著GPS-RTK測(cè)量技術(shù)的引入，可實(shí)現(xiàn)單人測(cè)量，工作效率提高，節(jié)約成本，與常規(guī)水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀和全站儀等采集設(shè)備相比，GPSRTK技術(shù)具有全天候、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)和定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，在測(cè)繪外業(yè)中居于主導(dǎo)地位，傳統(tǒng)的采用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀和全站儀等作業(yè)手段已逐漸退居輔助地位。

1. 工程概況

大廠縣總干渠流域內(nèi)地勢(shì)平坦，西高東低，多為旱地，流域內(nèi)主要以種植小麥玉米為主。測(cè)區(qū)交通便利，鄉(xiāng)間路多為水泥路。項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間為冬季，受植被等地物對(duì)GPS信號(hào)的遮擋影響較小。本文介紹南方公司生產(chǎn)的靈銳S86 GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)在大廠縣總干渠斷面測(cè)量中的應(yīng)用。

2. GPS-RTK技術(shù)原理

GPS-RTK測(cè)量技術(shù) (RealTime Kinematic)是以載波相位觀測(cè)為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)。其測(cè)量的基本原理是在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見(jiàn)GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，基準(zhǔn)站將其觀測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)站信息，通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)給流動(dòng)站，流動(dòng)站接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位原理，實(shí)時(shí)地計(jì)算并顯示移動(dòng)站的三維坐標(biāo)及其精度。

3. GPS-RTK技術(shù)在總干渠斷面測(cè)量中的應(yīng)用

3.1 首級(jí)控制

河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院已于前期在總干渠兩岸布設(shè)了多個(gè)GPS控制點(diǎn)，并進(jìn)行了靜態(tài)觀測(cè)。并對(duì)每個(gè)點(diǎn)都進(jìn)行了四等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)。經(jīng)過(guò)GPS平差與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算，GPS網(wǎng)點(diǎn)位中誤差全部滿足設(shè)計(jì)要求。

測(cè)區(qū)GPS網(wǎng)共設(shè)8個(gè)點(diǎn) （其中3個(gè)為已知點(diǎn)），控制網(wǎng)采用邊連式布設(shè)，GPS采用靈銳S86靜態(tài)GPS接收機(jī)4臺(tái)套進(jìn)行觀測(cè)。GPS網(wǎng)形見(jiàn)圖1。

圖1

3.2 求轉(zhuǎn)換參數(shù)，建坐標(biāo)系

GPS-RTK實(shí)測(cè)的坐標(biāo)一般是WGS-84大地坐標(biāo)系坐標(biāo)，而在此次斷面測(cè)量中所需要的是1954年北京坐標(biāo)系坐標(biāo)，因此在進(jìn)行測(cè)量工作前需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，通過(guò)對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)不少于3個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，獲得控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)并通過(guò)系統(tǒng)操作和已知點(diǎn)的本地坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)匹配，選擇滿足限差要求坐標(biāo)點(diǎn)參與七參數(shù)的求取，單擊“應(yīng)用”，七參數(shù)就自動(dòng)計(jì)算保存完畢，并啟用。

3.3GPS-RTK測(cè)量精度分析

得到轉(zhuǎn)換參數(shù)后，經(jīng)過(guò)檢核已知點(diǎn)，差值滿足限差要求后就可以進(jìn)行測(cè)量了。使用移動(dòng)站測(cè)量了部分GPS控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)，其平面坐標(biāo)于用GPS靜態(tài)定位方法測(cè)量的成果進(jìn)行比較，GPS-RTK高程與四等水準(zhǔn)進(jìn)行了比較。平面誤差和高程誤差校核情況見(jiàn)表一。高程和平面誤差均滿足測(cè)量要求，由此可見(jiàn)整個(gè)測(cè)區(qū)的擬合成果是可靠的。見(jiàn)表1。

表1

3.4 斷面數(shù)據(jù)采集

流動(dòng)站的操作1人即可完成，在地形圖上設(shè)計(jì)好斷面線，再將設(shè)計(jì)好的斷面線數(shù)據(jù)以GPS-RTK手簿支持的格式傳輸?shù)绞植纠?。在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)放樣直線的模式確定斷面的位置，如果覺(jué)得位置不合適，還可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整，在現(xiàn)場(chǎng)確定好位置后采集數(shù)據(jù)，利用采集的數(shù)據(jù)重新生成直線確定斷面的方向，接著就可以根據(jù)確定好的方向進(jìn)行數(shù)據(jù)采集了。所有數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)在與流動(dòng)站連接的測(cè)量手簿中，避免了以往適用全站儀等產(chǎn)生報(bào)、聽(tīng)、記錄數(shù)據(jù)中可能發(fā)生的差錯(cuò)，保證了數(shù)據(jù)采集的完全正確性。在當(dāng)天外業(yè)結(jié)束前，在已知點(diǎn)上進(jìn)行檢核，滿足精度后，數(shù)據(jù)方可使用。

3.5 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(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能導(dǎo)出數(shù)據(jù)，將所采集的數(shù)據(jù)按要求編繪成圖。

4. 提高GPS-RTK測(cè)量的精度

控制點(diǎn)的選擇：由GPS-RTK工作原理可知，在一般測(cè)區(qū)進(jìn)行GPS-RTK測(cè)量，至少需要3個(gè)平面控制點(diǎn)，取相鄰距離3～5km之內(nèi)的控制點(diǎn)最好，控制點(diǎn)分布要均勻，要確保能夠控制整個(gè)測(cè)區(qū)。因此，在測(cè)前要搜集好測(cè)區(qū)資料，選擇合適的控制點(diǎn)。

作業(yè)距離：使用GPS-RTK作業(yè)之前，務(wù)必要查看說(shuō)明書中的標(biāo)稱半徑，使GPS-RTK的實(shí)際作業(yè)半徑在標(biāo)稱半徑范圍之內(nèi)。這是因?yàn)镚PS-RTK數(shù)據(jù)鏈傳輸受到高大山體、高大建筑物和各種高頻信號(hào)源等障礙物的干擾，傳輸信號(hào)會(huì)嚴(yán)重衰減，從而影響測(cè)量精度。

作業(yè)環(huán)境：基準(zhǔn)站應(yīng)遠(yuǎn)離電視臺(tái)、電臺(tái)和微波站等無(wú)線電發(fā)射源，其距離不小于200m，遠(yuǎn)離大面積水域，防止GPS信號(hào)的多路徑效應(yīng)的影響。

5. 結(jié)論

隨著GPS-RTK技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，極大地提高了外業(yè)測(cè)繪的工作效率，節(jié)約了成本，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在外業(yè)測(cè)繪中要結(jié)合GPS-RTK技術(shù)的特點(diǎn)，根據(jù)測(cè)區(qū)的實(shí)際情況，采取有效措施，嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行外業(yè)采集，并加強(qiáng)成果的復(fù)核，以確保GPS-RTK成果的精確性和可靠性。