RTK配合全站儀在水電站測(cè)量中的應(yīng)用探討

蔣衛(wèi)國 李清華

【摘要】水電站工程是保障人民生活正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工程，而完成水電站工程建設(shè)的基礎(chǔ)是準(zhǔn)確測(cè)量水電站建設(shè)地的地形圖。經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展，RTK配合全站儀的測(cè)量技術(shù)已經(jīng)在工程領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，其可以提供很精確、完整的測(cè)繪數(shù)據(jù)，促進(jìn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展。本文詳細(xì)介紹了RTK配合全站儀測(cè)量方法的特點(diǎn)、測(cè)量技術(shù)，并探討了RTK配合全站儀在水電站測(cè)量中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】RTK;全站儀;水電站測(cè)量

1 引言

近年來，我國的經(jīng)濟(jì)、科技實(shí)力的快速發(fā)展，我國的水電站工程的建設(shè)也在不斷的完善。水電站建設(shè)是保障人民基本生活的一項(xiàng)重要的工程，而完成水電站工程建設(shè)的前提是準(zhǔn)確、全面的測(cè)繪施工地點(diǎn)的地形圖，但是由于我國的地理環(huán)境十分復(fù)雜，在水電站測(cè)量階段不可避免的會(huì)碰到各種各樣的地形，包括森林、山區(qū)、河流等，因此就需要更加快速、準(zhǔn)確和高效的測(cè)量技術(shù)。傳統(tǒng)的工程類測(cè)繪技術(shù)主要使用全站儀、經(jīng)緯儀、小平板儀等常規(guī)設(shè)備，這類測(cè)量技術(shù)需要在整個(gè)測(cè)繪區(qū)域布設(shè)大量的控制網(wǎng)，工作任務(wù)繁重、耗時(shí)耗力，測(cè)繪周期長，同時(shí)測(cè)繪過程多采用人為操作的方式，測(cè)繪結(jié)果誤差較大，難以滿足現(xiàn)代工程的精度要求。所以RTK配合全站儀應(yīng)運(yùn)而生，在各個(gè)工程測(cè)繪中廣泛使用，通過RTK與全站儀的配合使用，可以提高工作效率、提升測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確度。本文詳細(xì)介紹了RTK配合全站儀測(cè)量方法的基本原理、測(cè)量流程，以及在水電站測(cè)量中的應(yīng)用。

2 RTK配合全站儀測(cè)量概述

2.1 RTK和全站儀測(cè)繪原理

RTK測(cè)量技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合體系，集成了計(jì)算機(jī)、無線電、數(shù)字通訊以及衛(wèi)星定位等技術(shù)。RTK定位是通過實(shí)時(shí)差分GPS技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，具體操作方式是：首先在基準(zhǔn)站處設(shè)置一個(gè)固定接收機(jī)，其余接收機(jī)作為流動(dòng)站設(shè)置在移動(dòng)的物體上，在一定距離范圍內(nèi)的兩臺(tái)接收機(jī)同時(shí)觀測(cè)同一衛(wèi)星。觀測(cè)時(shí)，流動(dòng)接收機(jī)會(huì)獲取固定接收機(jī)的相位觀測(cè)值和坐標(biāo)值，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的差分處理，以生成流動(dòng)接收機(jī)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)信息。全站儀的具體操作原理是：首先在固定位置安裝相應(yīng)的裝置，然后通過全站儀的光電測(cè)角、測(cè)距功能獲取測(cè)量點(diǎn)至已知點(diǎn)的角度、距離數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)信息，測(cè)量功能主要通過光學(xué)望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)，與RTK不同。

2.2 RTK測(cè)量的特點(diǎn)

RTK測(cè)量技術(shù)具有一定的優(yōu)勢(shì)，第一，工作效率高。RTK測(cè)量技術(shù)在設(shè)置接收機(jī)、控制點(diǎn)數(shù)量、測(cè)量距離方面均優(yōu)于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)，同時(shí)操作簡單、測(cè)量速度快、實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)，工作效率高;第二，定位準(zhǔn)確，沒有誤差累積。在RTK測(cè)量設(shè)備獲取坐標(biāo)信息時(shí)，控制點(diǎn)之間的點(diǎn)位誤差是隨機(jī)產(chǎn)生的，不具備積累性和傳播性，減少了人為因素的影響。RTK測(cè)量數(shù)據(jù)的精度在一定范圍能夠達(dá)到厘米級(jí)，可以滿足多數(shù)測(cè)繪工程的要求;第三，測(cè)量條件簡單。RTK測(cè)量時(shí)通過觀測(cè)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于兩個(gè)控制點(diǎn)之間的視野情況沒有要求，因此該技術(shù)受季節(jié)、能見度、障礙物等方面的干擾很小，可以實(shí)現(xiàn)全天候的測(cè)量作業(yè)。

2.3 RTK配合全站儀測(cè)量的優(yōu)勢(shì)

上述提及RTK測(cè)量技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是實(shí)際操作時(shí)的穩(wěn)定性比全站儀差，這是因?yàn)镽TK技術(shù)容易受到衛(wèi)星和天氣狀況的影響。而在水電站測(cè)量地，高大障礙物、電磁波干擾等不良因素更多，RTK測(cè)量技術(shù)在水電站測(cè)量中的應(yīng)用受到限制。而全站儀在測(cè)量過程中容易受到控制點(diǎn)通視情況的干擾。因此，使用RTK配合全站儀測(cè)量技術(shù)是目前克服這些問題的有效方法。

3 RTK配合全站儀在水電站測(cè)量中的應(yīng)用

3.1 控制網(wǎng)設(shè)置

RTK配合全站儀測(cè)量的具體測(cè)量流程如圖1所示。水電站的測(cè)量范圍很大，當(dāng)出現(xiàn)控制點(diǎn)設(shè)置數(shù)量較少的情況時(shí)，應(yīng)該使用快速靜態(tài)測(cè)量技術(shù)對(duì)GPS點(diǎn)進(jìn)行加密處理，控制點(diǎn)的設(shè)置工作應(yīng)該符合GPS點(diǎn)選擇的相關(guān)要求和規(guī)范。當(dāng)采集了控制點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)后，應(yīng)該實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，掌握控制點(diǎn)的坐標(biāo)信息等情況，以及時(shí)確定下一步的測(cè)量工作，提高作業(yè)效率[1]。

3.2 圖根控制點(diǎn)測(cè)量

基準(zhǔn)站的選擇對(duì)于提高測(cè)量工作的精確度、效率至關(guān)重要，除了滿足GPS點(diǎn)選擇的基本要求外，還必須滿足以下條件：第一，選擇視野通透的高處作為基準(zhǔn)站，可以有效減少信號(hào)干擾的情況;第二，基準(zhǔn)站應(yīng)當(dāng)設(shè)置在車輛運(yùn)輸較為便利的位置，減少搬運(yùn)、安裝儀器設(shè)備的難度;第三，測(cè)區(qū)面積較大，設(shè)置多個(gè)基準(zhǔn)站時(shí)，應(yīng)該考慮測(cè)量信號(hào)的覆蓋問題，RTK設(shè)備的信號(hào)覆蓋半徑約為5 km，因此應(yīng)該選擇合適的安裝距離?；鶞?zhǔn)站設(shè)立完成后，在其上安裝相應(yīng)的 GPS 接收天線，并設(shè)置基準(zhǔn)站的參數(shù)、確定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)、輸入控制點(diǎn)的坐標(biāo)信息。最后將流動(dòng)站接收機(jī)放在圖根控制點(diǎn)處，開始進(jìn)行測(cè)量程序[2]。

3.3 碎部點(diǎn)測(cè)量

在水電站測(cè)繪作業(yè)中，碎部點(diǎn)的測(cè)量可以采取兩種方式，即全站儀獨(dú)立測(cè)量和RTK配合全站儀測(cè)繪。在已知的圖根控制點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)全站儀，然后按照全站儀測(cè)量的具體流程進(jìn)行操作：選擇一個(gè)新文件--輸入測(cè)站點(diǎn)信息--輸入設(shè)備高度等數(shù)據(jù)--輸入后視點(diǎn)信息，這樣就能夠獲取水電站碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)。這種測(cè)繪方式需要保證全站儀的視野開闊，并提供相應(yīng)數(shù)量的繪圖員、跑鏡員以及測(cè)量員。當(dāng)待測(cè)區(qū)域的地勢(shì)較為開闊或者全站儀的視野達(dá)不到要求時(shí)，可以使用RTK配合全站儀進(jìn)行碎部點(diǎn)的測(cè)量。做好基準(zhǔn)站、流動(dòng)站、GPS 接收天線等的安置工作后，即可進(jìn)行碎部點(diǎn)的測(cè)量工作，RTK系統(tǒng)中的具體測(cè)量模式應(yīng)該根據(jù)實(shí)際地形情況確實(shí)，包括線測(cè)量模式以及點(diǎn)測(cè)量模式[3]。

3.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理是將外業(yè)采集的數(shù)據(jù)處理成更直觀的信息和圖紙，以便設(shè)計(jì)人員和施工單位使用。為了后續(xù)處理數(shù)據(jù)更加方便，工作人員需要通過相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件將外業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成南方 CASS 展點(diǎn)格式，并進(jìn)行展點(diǎn)處理作業(yè)。然后結(jié)合測(cè)繪人員提供的草圖，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成比例尺為1：1000地形圖，圖紙的具體要求和外業(yè)的測(cè)量區(qū)域均由委托方提供。數(shù)據(jù)處理結(jié)束后，應(yīng)對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)和地形圖紙進(jìn)行實(shí)地檢查，確定有無漏測(cè)、錯(cuò)測(cè)區(qū)域，并及時(shí)將補(bǔ)測(cè)的數(shù)據(jù)和圖紙更新到數(shù)據(jù)庫地形圖中[4]。

4 RTK配合全站儀測(cè)繪注意事項(xiàng)

（1）RTK配合全站儀測(cè)繪過程中，基站的設(shè)置地點(diǎn)應(yīng)選擇測(cè)量區(qū)域的中心位置，并且保證視野開闊、無樹木、高壓電線、信號(hào)塔等障礙物的遮擋，以免降低測(cè)量設(shè)備的性能以及數(shù)據(jù)的導(dǎo)致精確度。同時(shí)取控制點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的平均值為最終結(jié)果，減少數(shù)據(jù)誤差，然后通過全站儀進(jìn)行接下來的測(cè)繪工作。

（2）RTK測(cè)量的穩(wěn)定程度和數(shù)據(jù)精確度與流動(dòng)站到基準(zhǔn)站的距離密切相關(guān)，因此測(cè)量過程中必須時(shí)刻注意流動(dòng)站到基準(zhǔn)站的距離在5 km內(nèi)，以確保測(cè)繪成果的準(zhǔn)確性。

（3）為了使RTK測(cè)量結(jié)果的精確度達(dá)到要求，工作人員應(yīng)該加強(qiáng)以下幾個(gè)方面：第一，對(duì)于RTK測(cè)量出的控制點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，應(yīng)與已知的準(zhǔn)確的控制點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以此確定RTK測(cè)量數(shù)據(jù)的精確程度，如數(shù)據(jù)不符合標(biāo)準(zhǔn)，需及時(shí)調(diào)整;第二，測(cè)量設(shè)備初始化后進(jìn)行測(cè)量時(shí)，必須先對(duì)幾個(gè)測(cè)試完成的控制點(diǎn)進(jìn)行重新測(cè)量，確認(rèn)數(shù)據(jù)無誤后，方可正式測(cè)量工作。

（4）在實(shí)際測(cè)量過程中，必須嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定和流程，避免人為因素對(duì)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的影響，特別是儀器對(duì)中、天線高度測(cè)量等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的操作對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性有著決定性作用。所以這些環(huán)節(jié)需要使用一些輔助性設(shè)備，例如使用三腳架可以有效提高儀器對(duì)中的精度和速度。

5 結(jié)束語

RTK配合全站儀測(cè)繪技術(shù)比一般的測(cè)量方法具有更多的優(yōu)點(diǎn)，例如操作高效、靈活、數(shù)據(jù)精度高、穩(wěn)定性好、測(cè)量成本低，以及測(cè)繪誤差不累積、不傳播，操作流程自動(dòng)化等，同時(shí)克服了RTK以及全站儀測(cè)繪技術(shù)單獨(dú)使用時(shí)的局限性，因此這種技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用越來越廣泛。通過本文的分析，RTK配合全站儀測(cè)繪技術(shù)可以高效、方便地完成水電站測(cè)量工作，具有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 謝德明， 林卉. RTK配合全站儀在數(shù)字測(cè)圖中的應(yīng)用[J]. 昆明冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)， 2005， 21（1）：37-41.

[2] 曹生偉. RTK配合全站儀在礦區(qū)地形測(cè)繪中的應(yīng)用[J]. 能源與環(huán)境， 2017（3）：101-102.

[3] 章毅. GPS RTK和全站儀相配合在城市地籍測(cè)量中的應(yīng)用[J]. 建材與裝飾， 2013（23）：260-261.

[4] 劉兵. GPS RTK測(cè)量技術(shù)配合全站儀在數(shù)字測(cè)圖中的應(yīng)用[J]. 新疆有色金屬， 2009， 32（2）：31-32.