陳軍
摘 要:隨著當前科學技術的不斷發(fā)展,測繪技術也在不斷升級與創(chuàng)新。在我國水利工程建設中,現代測繪技術發(fā)揮著越來越重要的作用,水利工程建設已離不開現代測繪技術的支持?;诖?,本文從當前水利干渠工程測繪技術的類型和應用分析入手,探討了其中存在的缺陷,并以南水北調中線工程為例對測繪技術的應用進行了分析,最后對現代測繪技術用于水利工程和水利干渠的趨勢進行了前瞻。
關鍵詞:現代測繪技術 水利干渠 缺陷 南水北調中線工程
1.引言
水利干渠工程作為現代水利工程的重要組成部分,主要目的是協(xié)調全國各地水資源分配不均勻的現狀,比如南水北調工程。水利干渠工程能夠很大程度上滿足人們的用水需求,但是也存在一定的難度,主要集中于以下兩個方面:范圍廣、時間長、跨度大,對于測繪技術的要求比較嚴格,且要求在一定時間內完成;測繪儀器的要求精度高,必須實時地在多個采樣點取樣。因此,如何根據測繪工程的不同,選擇測繪手段,并保證工程能夠快速、高效地完成已成為當前測繪學家的研究熱點。
2.當前水利工程中測繪技術
2 . 1新型技術RTK的應用
2.1.1RTK技術基本原理
RTK技術是一種新型的測繪技術,是測繪工程實現在野外實時測繪的標志性技術。GPS-RTK技術是將GPS系統(tǒng)與RTK技術結合起來,是GPS系統(tǒng)得以應用的里程碑式技術。該技術通過監(jiān)測載波相位觀測值,利用RTK技術進行計算,其計算精度可以達到厘米級。GPS-RTK兩項技術的結合為測繪領域帶來了新的曙光。RTK技術運行過程中,必須由至少兩臺GPS移動站配合進行。GPS-RTK聯用技術的運行應該保證實時跟蹤至少4顆衛(wèi)星,且每一顆衛(wèi)星的發(fā)射的信號強度也有一定要求。通常來說,GPS的監(jiān)測是基于一臺GPS定位建成的基準站和多臺GPS定位組成的流動站?;鶞收竞土鲃诱镜臏y定原理基本相似,二者相互配合,完成對數據的監(jiān)測,缺一不可。其原理都是通過衛(wèi)星監(jiān)測,由基準站向流動站提供所監(jiān)測到的數據,流動站經過一系列運算,分析結果為厘米級精度為止,從而達到數據的成功傳輸,并形成對于這些衛(wèi)星的實時動態(tài)監(jiān)測。
2.1.2RTK技術的主要特點
(1)各監(jiān)測站的位置設定更為自由。傳統(tǒng)監(jiān)測站要完成實時監(jiān)測,必須保證各監(jiān)測站之間的位置在能夠互相通視的范圍之內?,F在所采用的新型GPS技術相比傳統(tǒng)技術而言,能夠更加靈活地設定監(jiān)測站所在位置,無需保證是否在相互的通視范圍,僅保持監(jiān)測站能夠實時檢測信號即可。因此,GPS技術需要保證監(jiān)測站上空開闊,能夠及時監(jiān)測到GPS信號和衛(wèi)星所傳輸信號。
(2)覆蓋范圍廣。傳統(tǒng)監(jiān)測手段需要保證監(jiān)測站位置在彼此的通視范圍,這在很大程度上限制了監(jiān)測站的廣泛建立,因此覆蓋范圍較窄。采用RTK測量技術,不僅可以避免監(jiān)測站位置的沖突,還可以拓寬監(jiān)測覆蓋面積。只要在15km的范圍內,有大于3個監(jiān)測點,就可以實時計算出相應參數。因此,RTK測量技術覆蓋范圍廣泛,有效避免了傳統(tǒng)測量技術的缺點。
(3)測量準確度高。GPS測試技術能夠實時傳輸有效數據,保證數據的有效性和準確性,從而保證測量精度。目前,在動態(tài)測試情況下,GPS測試精度可以達到10-±20 mm,該精度已經能夠滿足一般情況下的精度要求。動態(tài)測試情況下,GPS測試精度可以達到5mm+1ppm,GPS測量的優(yōu)勢還會隨著測量相對距離的增加而增加。
(4)完成監(jiān)測所需時間較短。隨著科技的不斷發(fā)展,GPS測量技術也在發(fā)生著日新月異的變化?,F在,GPS測量技術的監(jiān)測時間維持在1-2小時。如果采用靜態(tài)定位法,所需時間會縮短為20分鐘,如果采用動態(tài)定位法,所需時間會更短,可能只需幾秒而已。
(5)能夠更加具體的提供位置信息。GPS測量技術能夠同時進行三維監(jiān)測,提供三維坐標數據,因此所提供的信息更加準確,可達到更高的精度要求。
(6)操作流程簡單。GPS-RTK測量技術比傳統(tǒng)測量技術方便操作,只要完成架設工作,工作人員進行幾項簡單的工作,如儀器的開啟與關閉,量取儀器高度以及及時檢查儀器是否處于正常的工作狀態(tài),就能保證數據的正常獲得。在測量過程中,測量人員應該攜帶GPS走到測量點,完成對于數據的獲取、記錄、分析、計算工作。
(7)工作時間長。只要保證有足夠強度的信號,GPS測量技術就能保持工作狀態(tài)。GPS衛(wèi)星在全球各地合理分布,基本不受天氣約束。
2 . 2 GPS-RTK技術的應用現狀及應用前景
作為首批中小河流治理項目的代表,唐河治理工程備受矚目。唐河河道較長,河道內外高度差距較大,且周圍樹木較多,導致其通視條件較差。采用傳統(tǒng)的測量技術很難實現實時監(jiān)測。因此,在唐河的治理工程中采用了新型的GPS-RTK技術。主要目的是測量河道的橫縱截面,描繪出唐河的地形圖,確保施工便利。施工階段存在的測量任務有放線測量、工程完工時的驗收測量等。
傳統(tǒng)的測量方法耗時耗力,首先要在測試區(qū)間合理布置控制點,且各控制點必須在各自通視區(qū)內,然后進行圖根點的布置,并對地形地貌等進行測量,且與控制點的布置相同,圖根點的布置也要在相互通視區(qū)內。這種傳統(tǒng)方法不僅測量精度不高,還十分耗損人力,完成一次粗略測量需要3-4人協(xié)同工作,且一旦發(fā)現有漏洞存在,就要重新測量。
采用GPS-RTK技術不僅能保證測量精度,更大大地減少了人力耗損。在測量過程中,只需要測量人員手持GPS在測量點停留幾秒,就能夠獲得精準的數據,由專業(yè)人員分析,獲得所需測量值。
從唐河治理工程可以看出,GPSRTK技術與傳統(tǒng)技術相比,方便快捷,不僅能在較短時間內完成工程的測量,還提升了工程精度,減少了人力的損耗,大大提高了工程的效率。
3.現有技術的缺陷
盡管GPS-RTK測量技術有著眾多好處,不僅能夠保證測量精度,還能夠更加高效地完成工程測量。然而,任何一項技術都有其缺點,GPSRTK測量技術也是一樣,目前,這項技術存在的缺點主要概括為以下幾個方面:
3. 1數據傳輸過程仍需要時間
GPS-RTK測量技術雖然能夠很快地實現數據的獲取和處理,但是在數據從獲得到處理階段,仍然需要一定的傳輸過程,不能夠實時傳輸到處理人員處。這樣就會導致業(yè)內電腦無法及時獲得數據,不能對數據進行處理。
3.2地下數據的獲取仍然存在一定難度
在測量地下數據時,誤差很大,不能獲得精準的數據,后續(xù)分析自然也會存在一定的誤差。
3.3目前GPS-RTK測量技術發(fā)展仍有待完善
雖然GPS-RTK測量技術能夠基本上滿足測量需求,其優(yōu)點顯而易見,但是進行水下測量仍存在很大難度,不能實時獲取數據,因此,該技術仍有待完善和開發(fā)。
3.4歷史原因的影響
我國在工程歷史上存在四套不同的標準,分別是高層測量標準和平面測量標準各兩套。因此,GPS-RTK測試技術的實施也存在很大問題。
4.以南水北調中線工程為例的測繪應用
因為我國水資源分布不均勻,于是國家開啟了南水北調工程,將水資源從漢江一帶調到華北以及西北地區(qū),均衡我國水資源的分配,改變華北西北地區(qū)缺水的困境。南水北調工程主要分為三條工程線路,分別是位于東部的東線工程,位于汗水和丹江口的中線工程和位于青藏高原的西線工程。
2014年,中線工程已經正式通水。將其中的某一干渠作為研究對象,重中之重就是完成該干渠的平面控制測量工作。傳統(tǒng)的測量手段較為緩慢,精度不高,且人力損耗大,過程冗繁。采用新型GPS-RTK測量技術,能夠在減少人力損耗的情況下,快速完成測量過程,且測量結果精度高,不需要重復測量,過程簡單便利,不受天氣等因素影響。
然而,在實際測量過程中仍然存在一定的問題,表現最為明顯的就是干渠周邊的農田和樹木阻礙了信號傳輸,使得GPS-RTK測量技術運行不暢。基于此,網絡信號傳輸技術應運而生。該技術能夠準確獲取三維數據,精度高,尤其在層巒疊嶂的高山區(qū)更為精準,能夠有效地避免信號被樹木農田遮擋的問題。
5.結論與發(fā)展趨勢
水是人類賴以生存的重要資源,我國水資源分布不均勻的現狀導致了華北西北地區(qū)極度缺水。針對這種情況,我國政府及時采取措施,開啟了南水北調等工程。在這些工程的實時測量過程中,傳統(tǒng)的測量技術較耗損人力,且獲取數據精度較低,因此,GPS-RTK測量技術取代傳統(tǒng)測量技術成為主流。只要保證信號接收正常,GPS-RTK測量技術就能正常運行,獲得數據精度高,時間短,且不受天氣等條件影響。然而,GPS-RTK測量技術也存在弊端,無法準確獲取地下數據。在日后的測量工程中,GPSRTK測量技術必然會得到更好的開發(fā)與利用。
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