GPS RTK技術在青海湖容積測量中的應用

(1.青海省水文水資源勘測局，西寧 810001；2.北京邁時永信科技有限公司，北京 100094)

GPS是一種衛(wèi)星定位和導航系統(tǒng)，隨著GPS技術的應用發(fā)展其越來越受到人們的關注，能夠顯著提高定位性能。GPS技術的應用帶來了控制測量方法的創(chuàng)新，能夠實現(xiàn)厘米級的精度[1]。(1) 我們經(jīng)常使用GPS技術來提高現(xiàn)場操作的效率，實時動態(tài)RTK技術是一種常用的測量技術，然而其是使用載波相位差來開展實時處理的。近年來，RTK技術發(fā)展迅速，RTK技術的出現(xiàn)為項目布局，地形測繪和各種控制測量帶來了新的操作方法。它是GPS應用的里程碑，特別是在水下地形中使用RTK技術，效率提升更為顯著。(2)本文通過RTK技術在青海湖容積測量水下地形數(shù)據(jù)采集中的應用，介紹其作業(yè)流程、數(shù)據(jù)處理及優(yōu)勢，并得出一些經(jīng)驗性結論。

1 工程應用實例

1.1 測區(qū)基本情況

在本次測量中，首先測量了國家水利湖，所選擇的是青海省中國最大的鹽水湖—青海湖，所測量的地形圖比例為1∶50000，青海湖總體呈橢圓形，占地面積為4240平方km，南北寬64km，周長為365km。

1.2 設備和軟件

在本次測量過程中，使用的是美國雙頻 GPS，型號為 Trimble sps46。探測儀的型號為 ECHOJRAC MKⅢ。便捷式電腦，其中帶有兩個串口，可以通過外接屏顯示。所需要的電腦軟件為水文綜合測量軟件，以及EPSW繪圖軟件。

1.3 坐標和高程系統(tǒng)

在本次測量過程中，平面坐標系使用的是CGC2000坐標系，參考國家1985高程系統(tǒng)。

1.4 準備工作

(1) 設置NMEA，GGA的輸出各式，電腦的其中一個串口需要接到移動臺主機上，第二個串口需要接到發(fā)生器上，啟動水文綜合測量軟件之后設置好相應的參數(shù)，包括頻率和類型參數(shù)，將聚合參數(shù)文件驅動發(fā)送到主機CGA信息上。

(2)需要進行海洋導航軟件的設置。當項目新建之后，需要執(zhí)行投影設置，以采用的坐標系為CGC2000，采用高斯投影6°帶的投影方法，中央子午線為99°，采用坐標計算3個參數(shù)，分別對應兩個坐標，分別是WGS84和CGC2000。

(3)設計斷面線。根據(jù)地形圖比例尺要求，使用軟件功能生成橫截面線，該測量是每850米鋪設一條橫截面線。 在每條橫截面線上每400米測量一個測量點，還可以圖紙導入以及將目前現(xiàn)有的地形圖作為指示。

1.5 地形測量工作流程

( 1)利用基站定位在已知點使用相應的測量手冊，將測量模式改為RTK的測量模式，設置基站參數(shù)以及無線電臺的參數(shù)，同時啟動機障完成設置參數(shù)之后，會看到電臺上會顯示信號燈。

(2)設置移動站。安裝在船上后，移動臺的GPS開啟和無線電天線，并在基站中手動選擇測量值，當所接收的衛(wèi)星數(shù)量超過五個時，同時電信號被接收初始化為RTK等于固定的模式，此時可以進行定位。

(3)測試。將筆記本電腦連接到移動臺的顯示器，以及探測儀啟動水文綜合測量軟件之后，打開測試區(qū)域并開始測量，能夠看到窗口會顯示所測量的定位信息，這個信息是與儀器定位結果相符合的。同時，在信息窗口中顯示由發(fā)聲器測量的深度，并且可以通過與實際深度進行比較來獲得各種校正參數(shù)。

(4)水下地形施測。啟動測量船并實時、動態(tài)地在計算機顯示器和外部顯示器上顯示測試點的位置，并控制船舶按照預測路線和測量船的符號。在觀察過程中，軟件將水下地形點的表面位置和深度數(shù)據(jù)存儲在文件中。

(5)數(shù)據(jù)處理。由于RTK技術所檢測到的結果，實際上就是實時移動臺電線平面位置和高度，由于測量時水比較深，該軟件會記錄兩組數(shù)據(jù)，包括水樣的實際深度和綜合修正輸出，格式的轉換和數(shù)據(jù)合并等，觀察后，外部行業(yè)收集的原始數(shù)據(jù)將被重新編制，將處理之后的數(shù)據(jù)會傳輸?shù)较嚓P的軟件進行編輯，完成加工之后，輸出所需的地形和剖面圖形，最終輸出圖形模式。

1.6 應用建議

設定坐標轉換的有關參數(shù)。在這一過程中，會進行參數(shù)的轉換，包括3個和7個參數(shù)轉換，用于將GPS所導出的坐標轉換為相應的坐標格式，對于RTK技術來說，可以利用檢測儀的檢測方法轉換一些局部坐標系，因此可以設置3個和7個參數(shù)，在導航軟件中同時需要對兩個參數(shù)進行設置。這一工作涉及多種通信，包括計算機，GPS主機串行，無線電臺通信，是通過不同的軟件來實現(xiàn)的，操作步驟比較復雜，因此需要在室內進行調試，操作前需要參考相關的指導手冊。

2 RTK與水下地形測量結合的優(yōu)勢

水下地形測量可以分為兩個平面水深和平面定位，在RTK技術出現(xiàn)之前，通常采用的是極坐標法進行平面測量，另外，此外還有交叉法或者電磁波定位法，然而這種方法精確度較低，在定位和同步發(fā)聲方面效率較差，操作效率低。 隨著數(shù)字探測技術的不斷完善，其優(yōu)勢在于：

(1)高精度。RTK技術定位精度可以達到厘米級，最終的坐標精確度能夠實現(xiàn)0.5%。

(2)同步觀測。導航軟件可以接收探測聲音和RTK的定位信號，并將這些數(shù)據(jù)儲存在所指定的文件中。但是過去的測量方法在操作時無法避免數(shù)據(jù)采集相對滯后的問題，嚴重影響測量質量。

(3)實時定位。在進行水下地形測量時，所采用的方法是剖面法進行測量，如何控制船舶在橫截面上的行駛是一個關鍵問題。之前的做法是基于岸上設置的橫截面標記，然而，這種方法在實際測量過程中效果比較差，常常會導致測量點不均勻，圖像質量采集效果較差。然而，利用RTK技術和探測儀，能夠使用導航軟件進行預先的路線設計，在操作時屏幕上會顯示實時定位信息和相對的路線位置圖，進而能夠實現(xiàn)準確的導航，在實際施工放樣和測量地形中，這種優(yōu)勢是比較明顯的[2]。

(4)高效率。目前我們常采用的全站儀和測量儀，這種方法中在操作過程中必須實時跟蹤測量目標，而且這種方式跟蹤質量較低，在當前經(jīng)常使用的“全站儀+測深儀”方法中，操作期間操作員必須始終跟蹤目標。全站儀和發(fā)聲器之間的數(shù)據(jù)通信無法實現(xiàn)。在RTK +數(shù)字測深儀的組合中，操作員無需訪問，定位和探測數(shù)據(jù)會自動存儲在指定的文件中。它實現(xiàn)了數(shù)字化，自動化，快速，準確，大大降低了操作人員的勞動強度。

(5)適用性強。只要水相對開放并且衛(wèi)星信號沒有被阻擋，它們就可以實現(xiàn)全天候測量，進而能夠從一定程度上發(fā)揮RTK技術的時效性和有效性。

3 結語

使用 RTK技術測量水下地形在大面積勘測區(qū)域的開放區(qū)域具有很大優(yōu)勢，但在一些受阻比較嚴重的地區(qū)，比如河道，峽谷等，這種方法無法取代傳統(tǒng)的測量方法，為了能夠實現(xiàn)更好的測量效果，需要綜合利用及坐標法以及交叉法的方法進行測量[3]。RTK技術能夠徹底轉變傳統(tǒng)人為進行水下地形測量的方法 ，在測量精度，測量效率方面顯著提升，同時也從一定程度上減少了工作人員的勞動力度，且隨著RTK技術的發(fā)展，該技術未來將在測量控制，縱橫斷面測量，施工放樣這些方面具有廣泛的應用。