楊琦明

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧 沈陽 110006)

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淺談水利工程測量中RTK技術(shù)的應(yīng)用

楊琦明

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧 沈陽 110006)

文章介紹了RTK技術(shù)的概念及基本工作原理，探討了RTK技術(shù)在水利工程測量中平面控制測量、水庫庫區(qū)淹沒界線界樁測量、水下測量、縱橫斷面測量中的具體應(yīng)用，并將該方法與傳統(tǒng)水利工程測量方法進(jìn)行比較，得出RTK技術(shù)所具有的精度高、質(zhì)量好、減少外業(yè)勞動強(qiáng)度、效率提升明顯等優(yōu)點(diǎn)。最后對RTK技術(shù)的不足加以總結(jié)，以及其在水利工程測量中未來的發(fā)展進(jìn)行了展望。

RTK；平面控制測量；界樁測量；水下測量；縱橫斷面測量

在水利工程中測量工作先行于施工建設(shè)，工程建設(shè)的質(zhì)量、安全及其功能都受到測量準(zhǔn)確度和精度的直接影響。隨著社會的發(fā)展，當(dāng)代水利工程規(guī)模日益擴(kuò)大，同時對施工技術(shù)的精度和進(jìn)度的要求也更加嚴(yán)苛，因此在水利測量中引入新方法、新技術(shù)、新儀器也是勢在必行。本文提及的RTK技術(shù)是一種依托于全球定位系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展而來的高精度、實(shí)時高效的新技術(shù)。RTK(Real-time kinematic)全稱為實(shí)時動態(tài)差分法，之前的一些GPS測量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量等都需要內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)解算處理才能獲得厘米級的精度，而RTK技術(shù)是能夠在野外測量的同時實(shí)時取得厘米級定位精度的測量方法，該方法為工程測量、點(diǎn)線放樣、地形測圖，以及控制測量帶來了極大的便利，提高了外業(yè)效率[1]。

1 RTK的工作原理

GPS-RTK測量技術(shù)既具有實(shí)時動態(tài)性,可以實(shí)時提供指定坐標(biāo)系中測量點(diǎn)的平面及高程坐標(biāo)，又保證了GPS測量原有的高精度特點(diǎn)，達(dá)到了厘米級精度。其基本工作原理可簡單描述為：將一臺接收機(jī)設(shè)置在已知點(diǎn)上作為參考站，另外一臺或數(shù)臺接收機(jī)放置在待測點(diǎn)上稱其為流動站，參考站與流動站同步采集衛(wèi)星數(shù)據(jù)，參考站在接收衛(wèi)星信號并進(jìn)行處理的同時通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)和測站坐標(biāo)信息一并傳輸給流動站；流動站將接受到的衛(wèi)星信號與通過數(shù)據(jù)鏈接收到來自參考站的數(shù)據(jù)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時處理，實(shí)時計算出待測點(diǎn)的平面、高程坐標(biāo)及其精度，并將實(shí)測精度與預(yù)設(shè)精度進(jìn)行比較，當(dāng)精度滿足要求后即可進(jìn)行待測點(diǎn)的測量工作[2]。

RTK測量方法的整個過程都是在GPS系統(tǒng)中的WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)下進(jìn)行的，因此需要將其測量結(jié)果轉(zhuǎn)換成工程中經(jīng)常使用的坐標(biāo)系統(tǒng)成果才能為我們所使用。RTK測量方法通常采用同一組控制點(diǎn)求得WGS-84與目標(biāo)坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)RTK測量方法從WGS-84到任意坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換。

2 RTK技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用

2.1 RTK技術(shù)在水利工程平面控制測量中的應(yīng)用

水利工程中的控制網(wǎng)布設(shè)范圍大,多山多水,地形復(fù)雜,采用三角測量、導(dǎo)線測量等傳統(tǒng)控制測量方法時往往會受到外部因素的影響，如庫區(qū)多雨多霧、控制點(diǎn)間不通視、山區(qū)交通不便利等，不僅費(fèi)時費(fèi)力，還往往達(dá)不到理想效果。較新的控制測量方法如GPS靜態(tài)測量、GPS快速靜態(tài)測量，雖然不需要控制點(diǎn)間通視，氣候適應(yīng)能力較強(qiáng)，但這些方法無法滿足實(shí)時測量要求，仍須要進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理工作，如果數(shù)據(jù)達(dá)不到技術(shù)要求還須返工重新測量。

采用RTK測量方法進(jìn)行平面控制測量時可以實(shí)時定位，且精度可知。這樣在大大提高了作業(yè)效率的同時，也有效降低了作業(yè)成本。

2.2 RTK技術(shù)在水庫庫區(qū)淹沒界線界樁測量中的應(yīng)用

測設(shè)水庫淹沒界線的目的，在于調(diào)查與計算由于水庫的形成，需要遷移居民、清理庫底、拆除建筑物所引起的各種賠償，以及規(guī)劃新居民點(diǎn)、確定防護(hù)界線和規(guī)劃水庫邊緣的土地利用等[3]。

傳統(tǒng)的界樁測量方法多通過三角測量、水準(zhǔn)測量等方法將淹沒線放樣于實(shí)地。盡管這種方法十分直觀，但由于水庫庫區(qū)往往處于地形起伏劇烈的山區(qū)，三角測量的通視條件很難滿足，而濕地、沼澤、水洼地等，土地非常泥濘，植被茂盛，交通十分不便，很難選出水準(zhǔn)路線，導(dǎo)致測量效率低下，且不能成圖，現(xiàn)今已基本不予采用。航空攝影測量法與遙感影像分析法均可以減少較多的外業(yè)工作，但由于界線測量沒有通過所在地有關(guān)人員的參與與確認(rèn)，容易出現(xiàn)糾紛情況，且當(dāng)庫區(qū)面積較小時，成本會很高。

采用RTK測量方法進(jìn)行界樁測量時，由所在地相關(guān)人員參與，現(xiàn)場提供數(shù)據(jù)用以確認(rèn)，有效避免糾紛的產(chǎn)生，同時較傳統(tǒng)測量方法也更加快速、經(jīng)濟(jì)，精度較高，是較為可行的測量方法。

2.3 RTK技術(shù)在水下測量中的應(yīng)用

水下地形測量作為測繪科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，是海道測量、河流、湖泊測量的主要內(nèi)容[4]。水下地形測量的工作主要分為定位和測深。傳統(tǒng)的定位方法有經(jīng)緯儀前方交會定位、后方交會定位、全站儀定位等方法。前方交會需要定位點(diǎn)和兩個已知點(diǎn)進(jìn)行通訊聯(lián)系，如果測區(qū)水流速較快，則對定位精度影響較大；后方交會需要在陸地上布置至少3個已知點(diǎn)，定位要求較高；全站儀定位要求全站儀架設(shè)在已知點(diǎn)上，這就導(dǎo)致以上方法都要求定位點(diǎn)與已知點(diǎn)滿足通視要求，使使用以上方法時作用距離短、范圍小，定位精度隨著距離增加而降低。相比傳統(tǒng)的定位方法，RTK技術(shù)無需滿足兩點(diǎn)間通視要求，受能見度、季節(jié)、氣候等因素影響??；定位精度高，數(shù)據(jù)實(shí)時可見，在作業(yè)范圍內(nèi)誤差分布均勻；作業(yè)效率高，大大減少了測量儀器的搬站次數(shù)及所需控制點(diǎn)數(shù)量，RTK測深原理如圖1。

圖1 RTK配合測深儀原理

2.4 RTK技術(shù)在水利工程縱橫斷面測量中的應(yīng)用

采用RTK技術(shù)進(jìn)行縱橫斷面測量時，每臺流動站僅需一人即可完成斷面中中間點(diǎn)的平面以及高程測量工作，極大地解放了人力物力，同時也降低了測量人員的勞動強(qiáng)度，作業(yè)效率明顯提升。

3 RTK技術(shù)在某城市水源上移工程中的應(yīng)用

3.1 工程概況

工程測區(qū)位于城市東部，引水隧洞起自中朝邊界鴨綠江，終于市區(qū)元寶山凈水廠，線路全長約25 km，穿越了城市三分之一的城區(qū)，建筑物密集；其他地區(qū)位于山區(qū)，山高林密，交通極其不便；取水頭部位于鴨綠江中，正值豐水期，水流湍急，以上情況給本次地形圖測量工作帶來很大困難。

3.2 確定轉(zhuǎn)換參數(shù)

由于本工程地形圖要求坐標(biāo)系統(tǒng)為1954年北京坐標(biāo)系統(tǒng)，而GPS采用的是WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)，因此須要進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)的設(shè)置。本次測量選取了遼寧省地理信息測繪局提供的遼寧省C級GPS網(wǎng)成果中的4個已知點(diǎn)作為轉(zhuǎn)換參數(shù)控制點(diǎn)。這4個已知點(diǎn)均勻分布在測區(qū)周圍并對整個測區(qū)進(jìn)行了覆蓋，利用已知點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值得出了轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3.3 RTK測量步驟

在已知點(diǎn)上架設(shè)好基準(zhǔn)站，確定基準(zhǔn)站工作正常?；鶞?zhǔn)站架設(shè)完成后對流動站進(jìn)行設(shè)置，確定流動站的工作模式與基準(zhǔn)站相同，當(dāng)流動站獲取到固定解，滿足測量精度后開始進(jìn)行地形圖的測量工作。

3.4 精度分析

為滿足測量精度，在不同時間段分批多次對已知點(diǎn)進(jìn)行了RTK測量，部分測量坐標(biāo)與已知坐標(biāo)比較見表1，與全站儀測量點(diǎn)的坐標(biāo)比較見表2。

表1 測量坐標(biāo)與已知點(diǎn)坐標(biāo)比較表

表2 RTK測量坐標(biāo)與全站儀測量坐標(biāo)比較表

由此可見RTK測量無論是與已知點(diǎn)的坐標(biāo)較差還是與全站儀觀測坐標(biāo)較差皆低于相關(guān)測量規(guī)范要求，因此RTK技術(shù)的測量精度能很好地滿足工程測量精度要求[5]。

4 結(jié) 語

將RTK技術(shù)引入水利工程測量中后，可以極大地降低測量人員的外業(yè)勞動強(qiáng)度，減少外業(yè)作業(yè)人員數(shù)量和外業(yè)時間。相比傳統(tǒng)測量方法，RTK技術(shù)的效率可以提高數(shù)倍，實(shí)現(xiàn)了外業(yè)的自動化、智能化。RTK技術(shù)會在水利工程前期勘測，工程的施工以及后期變形監(jiān)測、管理工作中發(fā)揮極大的作用。

[1] 王毅明,鐘金寧,黃志洲.GPS RTK測量技術(shù)的應(yīng)用于體會[J]. 現(xiàn)代測繪,2003,26(2):28-29.

[2] 閆志剛,張兆龍,趙曉虎.GPS RTK作業(yè)模式原理及其實(shí)用技術(shù)[J]. 四川測繪.2001,24 (2):66-69.

[3] 伍小華,楊玉光,張世越. GPS實(shí)時動態(tài)RTK測量技術(shù)及在水庫測量中的應(yīng)用[J]. 城市建設(shè)理論研究(電子版)，2011(24).

[4] 李俊,黃永.GPSRTK技術(shù)在水下地形測量中的應(yīng)用[J]. 水電能源科學(xué)，2008(1):88-89.

[5] 臧朕,吳迪,張麗.RTK特征分析及未來應(yīng)用展望[J]. 科技視界,2014(23):371-372.

Discussion on the application of RTK technology in hydraulic engineering survey

YANG Qiming

(InvestigationandDesignInstituteofWaterResourcesandHydropowerLiaoningProvince,Shenyang110006,China)

This paper introduced the concept and principle of RTK technology,and discussed on the application of RTK in horizontal control survey,reservoir region submerged boundary survey,underwater measurement and vertical and cross section survey.Compares with traditional hydraulic engineering measurement method,the RTK technology has the following advantages:high precision, good quality, low field intensity of labor, high efficiency.Finally, summarized the deficiency of the RTK technology,and prospected the future development of the RTK technology in hydrographic engineering survey.

RTK;horizontal control survey; submerged boundary survey; underwater measurement;vertical and cross section survey

楊琦明(1985-)，男，工程師，主要從事GPS應(yīng)用的研究工作。

TV221

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2096-0506(2016)10-0038-04