干渠渠道斷面測量中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用

劉 云，鄒江保

(江西贛禹工程建設(shè)有限公司，南昌 330000)

1 工程概況

喀什噶爾灌區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，塔里木盆地西緣，南屏昆侖山，北連西天山，西部為帕米爾高原，東部為塔克拉瑪干大沙漠。地理座標E73°26′-78°03′，N37°26′-40°00′之間。喀什噶爾灌區(qū)包括克孜河子灌區(qū)、蓋孜河子灌區(qū)及庫山河子灌區(qū)等三個子灌區(qū)。蓋孜河?xùn)|岸輸水干渠位于疏附縣塔什米里克鄉(xiāng)西部，從蓋孜河塔什米里克渠首起始，向東北延伸至最終投入蓋孜河三道橋渠首上游25km處，全長23.978km。

蓋孜河?xùn)|岸輸水干渠(樁號0+000-23+977.6)，渠道23.978km。本標段樁號為0+000-5+800，包括陡坡工程10座、水閘加高工程1座。干渠主要通過黨河水庫實現(xiàn)引水，并主要承擔(dān)向喀什噶爾灌區(qū)所轄團場供水的任務(wù)，是喀什噶爾灌區(qū)重要的輸水干渠，運行至今，分水閘閘室底板已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的裂縫、混凝土剝蝕和破損，嚴重威脅分水閘運行的安全性?？κ哺翣柡庸鄥^(qū)蓋孜河?xùn)|岸輸水干渠為土渠，也顯現(xiàn)出各種變形、淤積和坍塌，渠道輸水能力明顯下降，已經(jīng)難以滿足灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需，為此，必須進行干渠渠道防滲改建。

2 斷面測量中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用

喀什噶爾河灌區(qū)蓋孜河?xùn)|岸輸水干渠防滲改建工程屬于省部級重點水利改建工程項目，地形復(fù)雜，測量工作量大，如果運用常規(guī)性測量儀器則難以保證測量精度和效率，故選用GPS-RTK測量技術(shù)，在較短的時間內(nèi)及惡劣的測量環(huán)境下，確保了測量任務(wù)的順利完成。參考站和流動站各設(shè)置一臺標稱精度±0.01m+1ppm、點位精度±0.02m的南方S82-2013測量儀，并通過藍牙及電子手薄實現(xiàn)流動站的連接，便于數(shù)據(jù)傳輸[1]。

2.1 控制網(wǎng)建立

通過GPS靜態(tài)作業(yè)模式在喀什噶爾河灌區(qū)蓋孜河?xùn)|岸輸水干渠防滲改建工程沿線設(shè)立50個測點形成C級GPS網(wǎng)，在地形復(fù)雜、測量精度要求較高的特殊區(qū)域加設(shè)D級補充網(wǎng)。C級網(wǎng)固定誤差≤10mm，比例誤差≤5ppm，相鄰測點距離5-40km；D級網(wǎng)固定誤差≤10mm，比例誤差≤10ppm，相鄰測點距離2-15km。在喀什噶爾河灌區(qū)蓋孜河?xùn)|岸輸水干渠防滲改建測量區(qū)域布設(shè)GPS控制網(wǎng)，既要考慮測量儀器加密，也要考慮RTK作業(yè)要求。參考站設(shè)置的各個點必須適合GPS靜態(tài)觀測。

為保證RTK參考站衛(wèi)星信息的接受效率和有效作業(yè)，參考站各個架設(shè)點首先要適合GPS靜態(tài)觀測，還應(yīng)盡量開闊無遮擋，確保系統(tǒng)持續(xù)成功地初始化，參考站和流動站共同跟蹤至少4顆衛(wèi)星信號，并保持必要的幾何圖形強度。一旦參考站衛(wèi)星信號接收受到影響，即便流動站觀測條件優(yōu)良，也難以實現(xiàn)對至少4顆衛(wèi)星信號的同時追蹤和所要求的幾何圖形強度。此外，通過參考站和流動站儀器設(shè)備標稱精度及測點間高程差進行測點之間距離的確定，測點布設(shè)還必須考慮測站間的通視性，排除山體遮擋和信號干擾[2]。

2.2 轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取

所建立的RTK測量基準必須包括坐標投影參數(shù)、實測坐標系統(tǒng)、同WGS-84坐標系轉(zhuǎn)換信息，工程渠道斷面測量轉(zhuǎn)換參數(shù)主要根據(jù)控制點已有的地方坐標系、WGS-84坐標系和相應(yīng)的求解軟件求解，全部求解點必須在測區(qū)內(nèi)均勻分布。由于WGS-84坐標精度高，可以大大節(jié)省外業(yè)采控的工作量，確定轉(zhuǎn)換參數(shù)的高精度性。

2.3 斷面施測

在喀什噶爾河灌區(qū)蓋孜河?xùn)|岸輸水干渠防滲改建工程測區(qū)建立控制網(wǎng)時就必須充分考慮C級和D級GPS架設(shè)點，數(shù)據(jù)信息采集通過RTK野外數(shù)據(jù)信息采集軟件包中的剖面測量功能實現(xiàn)，其既能保證測線(圖1)鉛直性，又能實時反映測量偏差，充分滿足渠道斷面測量精度要求。干渠改造區(qū)域內(nèi)植被編碼、水深等數(shù)據(jù)點通過RTK地理信息碼項進行記錄，數(shù)據(jù)格式按后處理軟件要求設(shè)置。渠道斷面測量過程中只測量和記錄測點對應(yīng)的水面高程和水深，不記錄水位。

圖1 測線布設(shè)情況

2.4 數(shù)據(jù)處理

RTK配套軟件所提取的渠道斷面數(shù)據(jù)并不能直接應(yīng)用于干渠渠道改造實際，必須對其進行特殊處理，并保證數(shù)據(jù)輸出格式符合要求。喀什噶爾河灌區(qū)蓋孜河?xùn)|岸輸水干渠防滲改建工程渠道斷面測量數(shù)據(jù)輸出格式為：X坐標、Y坐標、H高程、植被和水深編碼(植被編碼為整數(shù)，水深編碼為一位數(shù)小數(shù))、日期、時間。

2.4.1 橫斷面數(shù)據(jù)處理

基于RTK所獲取數(shù)據(jù)的格式和AutoCAD軟件平臺，采用Visual Lisp開發(fā)工具進行RTK橫斷面數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計，先將已有數(shù)據(jù)(*·TXT)讀入內(nèi)存，根據(jù)單位步長確定測點線路行進方向的方位角，并據(jù)此及斷面寬度設(shè)定搜索區(qū)域收集外業(yè)采樣點，將數(shù)據(jù)由小到大排列后，計算其與測點距離和高差，最終按照預(yù)先設(shè)定的格式(*·MA2)將結(jié)果存入文文章件，實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化[3]。

2.4.2 縱斷面數(shù)據(jù)處理

將地形圖掃描成圖像文件，并用AutoCAD軟件糾正圖像后為底圖，將所設(shè)置的縱斷面測點在圖上標明，繪制河道中心線，其與縱斷面測點必定存在偏差，以河道中心線為基面進行縱斷面測點在其上的投影，并借助程序計算投影點之間的距離，便可求得縱斷面測點里程值。將縱斷面測點位置、距離等數(shù)據(jù)以*·CSV格式調(diào)入Excel表格，縱斷面測點深泓點高程值通過高程值減除水深值求得。在已有文件中提取同時水位數(shù)據(jù)并黏貼至水尺工作水位表，能有效防止人為輸入誤差?？v斷面測點里程、深泓點高程、水位三項數(shù)據(jù)確定后，渠道縱斷面測量成果基本確定，在運用AutoCAD軟件便可繪制出喀什噶爾河灌區(qū)蓋孜河?xùn)|岸輸水干渠防滲改建工程渠道斷面規(guī)劃設(shè)計圖(圖2)。

圖2 喀什噶爾河灌區(qū)蓋孜河?xùn)|岸輸水干渠防滲改建工程渠道斷面規(guī)劃設(shè)計圖

3 精度檢查分析

GPS-RTK施測過程及結(jié)果精度常常受到觀測條件、環(huán)境溫濕度、風(fēng)速、衛(wèi)星信號源、儀器設(shè)備性能、施測方式等的影響，由此引起的平面誤差通常在1cm±1ppm范圍。高程誤差在2cm±1ppm范圍，高程測量結(jié)果精度較差，這一高程誤差也只是儀器標稱誤差，實際測量結(jié)果還必須考慮粗差的存在。

為控制誤差，保證高程測量精度，在完成喀什噶爾河灌區(qū)蓋孜河?xùn)|岸輸水干渠防滲改建工程渠道斷面測量后，通過水準儀進行測區(qū)內(nèi)20個就近一級均勻分布測點高程的重新測量與測量精度的檢查分析，具體結(jié)果如表1所示。

表1 測量精度水準儀檢查分析結(jié)果

由上表可知，|△H|≤0.05m的測點在20個測點中占95%，而且這些測點均分布在開闊地帶信號良好區(qū)域，△H=0.09m的測點位于信號較差的遮擋區(qū)域，屬于正常現(xiàn)象。檢查分析結(jié)果表明，以上數(shù)據(jù)并不存在異常值，精度可靠，基本符合新《水利水電工程施工測量規(guī)范》(SL 52-2015)對1:500及以上斷面測量精度的相關(guān)規(guī)定。

4 結(jié) 論

通過分析GPS-RTK技術(shù)在喀什噶爾河灌區(qū)蓋孜河?xùn)|岸輸水干渠防滲改建工程渠道斷面測量中的應(yīng)用可以看出，該技術(shù)比常規(guī)測量儀器測距大、放樣簡單、施測過程簡便、測量結(jié)果精度高，平面誤差可忽略不計，高程誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，在渠道斷面測量方面具有明顯優(yōu)勢。為保證測量精度，測點的設(shè)置數(shù)量必須有所保證，同時必須在測區(qū)不同高程范圍內(nèi)均勻分布。然而，GPS-RTK技術(shù)存在一定比例的初始化錯誤及測量粗差等弊端，這也是該技術(shù)在水利工程測量方面廣泛應(yīng)用所亟待解決的問題。