摘 要:GPS技術(shù)是一種先進(jìn)的測量技術(shù)手段,能給測量工作帶來極大的方便。GPS RTK廣泛應(yīng)用于地形地籍碎部測量,也可以用于控制加密測量。嘉陵江鳳儀電航工程位于地形復(fù)雜且偏遠(yuǎn)地區(qū),已知高等級控制點較少,常規(guī)的圖根控制測量方法受地形條件限制,費時耗力。 本文用GPS RTK測量方法,按照行業(yè)規(guī)范的要求對測區(qū)控制點測量,工作效率高,提高效率,降低成本;將測量成果與常規(guī)測量比較,得出測繪平面精度更高,高程精度跟等外水準(zhǔn)測量方法相當(dāng)?shù)慕Y(jié)論。
關(guān)鍵詞:GPS RTK 控制測量 水利電航工程
中圖分類號:TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)12(b)-0036-02
GPS RTK技術(shù)一種全天候、高精度、高效率的測量方法,可以被用于控制測量工作。GPS RTK技術(shù)在水利電航工程測量中的應(yīng)用前景非常廣闊[1],已有很多學(xué)者對GPS RTK技術(shù)在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用開展了研究,如鄧文從理論上推導(dǎo)了作業(yè)半徑在4 km范圍內(nèi)時,GPS RTK測量控制點的精度可以達(dá)到一級導(dǎo)線點的精度要求[2]。薛廣鵬通過實測數(shù)據(jù)證明了GPS RTK技術(shù)用于水利工程斷面測量的可行性和優(yōu)越性[3]。王長江介紹GPS-RTK在杭州灣跨海大橋樁基測量中的應(yīng)用,并根據(jù)長期實踐總結(jié)了RTK在施工測量中的注意事項,GPS-RTK定位的優(yōu)點[4]。但是對于梯級開發(fā)電航工程中測繪新技術(shù)的研究和探索目前還很少,本文通過實證數(shù)據(jù)說明GPS RTK技術(shù)的可行性,對同類型工程項目有一定的借鑒意義。
1 GPS RTK工作原理概述
GPS RTK是局域差分定位技術(shù),RTK通過載波相位觀測值進(jìn)行差分定位,能夠?qū)崟r測定點在指定坐標(biāo)系的三維坐標(biāo),并達(dá)到厘米級的精度。對于水電工程來說,單基站局域差分定位是常用的一種定位技術(shù),單基站RTK系統(tǒng)由一個基準(zhǔn)站和多個流動站已經(jīng)數(shù)據(jù)鏈接設(shè)備組成,流動站接受衛(wèi)星信號的同時接受基準(zhǔn)站發(fā)送的載波相位信息,通過求差解算坐標(biāo),求差解算坐標(biāo)所采用的數(shù)學(xué)模型包括單差、雙差和三差。由于小型工程基準(zhǔn)站和流動站距離較近,一般采用雙差觀測方程組成的數(shù)學(xué)模型求解[5]:
-[,,]J·-+- (1)
對于移動站TR和TB基準(zhǔn)站,同步觀測的兩顆GPS衛(wèi)星為sj和sk,得到雙差相位觀測量為:
=[(t)-(t)-(t)+(t)] (2)
當(dāng)移動站和基準(zhǔn)站間距離較近時,可以假設(shè):=,這時:
=[--+]=0 (3)
移動站相對基準(zhǔn)站的坐標(biāo)改變量為[,,],當(dāng)基準(zhǔn)站坐標(biāo)已知的情況下,可以容易的求得移動站的坐標(biāo);移動站對于同步觀測兩顆GPS衛(wèi)星的方向矢量值之差可以表示為:
[,,]=[-,-,-] (4)
VP表示觀測噪聲。等式(1)的未知參數(shù)包括[,,]和雙差整周模糊度,求解等式(1)關(guān)鍵是初始值的確定,這方面的內(nèi)容在許多資料中均有出現(xiàn)[6],初始值的確定以后就可以實現(xiàn)載波相位差分定位。
2 測區(qū)概況
嘉陵江鳳儀樞紐工程位于南充市境內(nèi),是嘉陵江干流廣元至重慶段十六級開發(fā)方案中的第十級。上游與已建成的馬回樞紐相接,下游與小龍門梯級銜接,是航電結(jié)合的綜合利用工程。
測區(qū)屬川中丘陵地區(qū),位于“嘉陵曲流甲天下”的嘉陵江中游,地表破碎,地形起伏大,植被覆蓋率高,支流眾多且狹長,測區(qū)范圍從江凌壩下游馮家灣起點海拔約267 m至淹沒后高程加10 m的高程296 m。外業(yè)施工期又正值冬春季多霧季節(jié),作業(yè)難度較大。
3 精度檢驗
3.1 基礎(chǔ)控制資料
平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用1954年北京坐標(biāo)系。平面控制點有D級GPS01、GPS03、GPS05、GPS06等共8個點。一級導(dǎo)線點有I05、I06、I07、I11等共34個點。成果為某甲級測繪資質(zhì)單位施測。
高程系統(tǒng)采用1956年黃海高程系。高程為該單位施測的四等三角高程成果共15個點,等外水準(zhǔn)三角高程成果19個點,實地保存較為完好,均可利用。
3.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)確定
(1)收集、整理轉(zhuǎn)換區(qū)域內(nèi)8個D級重合點的WGS84坐標(biāo)和1954北京坐標(biāo)系坐標(biāo)。
(2)經(jīng)過圖形分析和優(yōu)化設(shè)計選擇,最終選取分布在測區(qū)四周的GPS01、GPS03、GPS05、GPS06四個點的坐標(biāo)值計算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。
(3)由于重合點數(shù)據(jù)較多,經(jīng)研究選用七參數(shù)轉(zhuǎn)換法求解轉(zhuǎn)換參數(shù),轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型采用目前通用的布爾莎模型[7]:[MS1]。
=K + +
(4)先將控制點的WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成空間直角坐標(biāo)系。
(5)根據(jù)確定的轉(zhuǎn)換方法和轉(zhuǎn)換模型利用最小二乘法初步計算轉(zhuǎn)換參數(shù)。
(6)分析了重合點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換殘差,沒有出現(xiàn)殘差大于2倍殘差中誤差的重合點,說明轉(zhuǎn)換參數(shù)精度滿足要求。
(7)把確定的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)輸入儀器手簿中。
(8)平面和高程控制測量嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行儀器操作和數(shù)據(jù)采集。
3.3 測繪成果及精度統(tǒng)計
運用RTK技術(shù),按照一級控制點的操作要求進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,我們重新測定了所有一級導(dǎo)線點的坐標(biāo)。
(1)對測繪數(shù)據(jù)進(jìn)行精度統(tǒng)計,結(jié)果如表1。
由表1中數(shù)據(jù)可以看出,點位中誤差f為±0.030 m小于規(guī)范的±0.050 m,邊長相對中誤差k為1/22560小于規(guī)范的1/20000,大地高中誤差±0.028 m小于規(guī)范的±0.030 m,說明數(shù)據(jù)成果質(zhì)量滿足規(guī)范要求,內(nèi)符合精度良好。
(2)將測繪數(shù)據(jù)與生產(chǎn)單位提供坐標(biāo)進(jìn)行比較。
本文中計算兩個高程中誤差來衡量RTK高程測量精度,一個是利用15個四等水準(zhǔn)點數(shù)據(jù)作為真值的高程中誤差Mh1求解;另一個是19個等外水準(zhǔn)點數(shù)據(jù)作為真值的高程中誤差Mh2如表2。
從表中數(shù)據(jù)可以看出,GPS RTK一級控制點測量精度與一級導(dǎo)線點常規(guī)控制測量的精度符合情況:平面精度非常高,高程精度差異相對較大,從Mh1和Mh2的數(shù)值可以看出,GPS RTK測定的高程在測區(qū)還不能達(dá)到四等水準(zhǔn)測量精度,但是基本可以達(dá)到等外水準(zhǔn)測量的精度。
4 結(jié)語
在丘陵地區(qū)的水電工程開發(fā)中,用GPS RTK控制測量代替常規(guī)導(dǎo)線測量,在精度上是完全可行的,同時利用GPS RTK控制測量可以跟碎部測量同步進(jìn)行,可以提高效率,降低成本;克服外業(yè)方面的“通視條件”、“測站測定”等方面的限制;所以它在水利電航工程中的河道整治規(guī)劃、水庫可研、灌區(qū)治理、淹沒區(qū)土地征收等方面的測量和工程放樣中很有實用價值。特別是在一些地形條件復(fù)雜的地區(qū),過水的河道、不通視的線路等都非常方便操作,GPS RTK在控制測量中更顯出無比的優(yōu)勢。
當(dāng)然,RTK技術(shù)快速、靈活的作業(yè)方式有賴于足夠的衛(wèi)星數(shù)、穩(wěn)健的數(shù)據(jù)鏈、較小的多路徑效應(yīng)等外界條件,在水利水電中更顯得突出,有時會出現(xiàn)無法正常作業(yè)的情況,這些缺陷將會隨著工程網(wǎng)絡(luò)RTK、多衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等新技術(shù)的出現(xiàn)得到解決。
參考文獻(xiàn)
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