水利工程測(cè)量RTK技術(shù)應(yīng)用分析

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摘要：測(cè)量是施工建設(shè)的基礎(chǔ)和前提，也是水利勘測(cè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，而測(cè)量工作的開展受地形條件、工程地質(zhì)等因素限制較為困難。傳統(tǒng)的測(cè)量方法成本較高且無法保證測(cè)量工作的順利完成，RTK技術(shù)因具有實(shí)時(shí)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、高效性等特點(diǎn)有效解決了該問題。文章結(jié)合測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，系統(tǒng)闡述了RTK技術(shù)原理及優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)可依據(jù)精確的測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)放樣測(cè)量、數(shù)字化繪圖、控制點(diǎn)測(cè)量等工作一步到位，并對(duì)作業(yè)時(shí)常見的問題提出解決對(duì)策。

關(guān)鍵詞：水利測(cè)量；實(shí)時(shí)定位RTK；原理；優(yōu)點(diǎn)

隨著生產(chǎn)力的提升和社會(huì)的進(jìn)步，先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備與方法不斷被應(yīng)用至水利工程領(lǐng)域，水利測(cè)量中GPS技術(shù)以無需通視、高精度、低成本、高效率的特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。GPS定位技術(shù)可以達(dá)到厘米級(jí)精度，幾秒鐘內(nèi)RTK技術(shù)即可確定定位數(shù)據(jù)，因此其在水利測(cè)量中的使用范圍將日趨廣泛。

1水利工程測(cè)量技術(shù)發(fā)展前景

1.1GPS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

GPS系統(tǒng)具備全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)、全球性定位和導(dǎo)航功能，可以獲取高精度3維時(shí)間、速度、坐標(biāo)滿足各類用戶要求[1]。GPS較為常用的方式有相對(duì)測(cè)地和單點(diǎn)導(dǎo)航定位兩大類，其中前者為工程中最為常見的方式。其中，靜態(tài)作業(yè)模式主要用于國(guó)家大地、大壩和地殼變形的觀測(cè)；因具有厘米級(jí)分辨率和較高的作業(yè)效率，快速靜態(tài)作業(yè)模式通常用于水利測(cè)量；工程放樣、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域一般選用rtk技術(shù)，該技術(shù)因具有厘米級(jí)精度、快速實(shí)時(shí)等特點(diǎn)逐漸成為GPS相對(duì)測(cè)地定位的主流。GPS測(cè)地型接受設(shè)備有雙頻與單頻兩類，雙頻機(jī)可以對(duì)電離層折射利用L2觀測(cè)值適當(dāng)修正，適用于超過20km的中、長(zhǎng)基線測(cè)量，利用快速靜態(tài)作業(yè)模塊升級(jí)RTK技術(shù)；單頻機(jī)性價(jià)比較高，通常用于不超過20km的短基線水利工程領(lǐng)域。無線電、電子手薄、GPS接受設(shè)備為構(gòu)成RTK系統(tǒng)的主要模塊，在實(shí)現(xiàn)厘級(jí)精度、實(shí)時(shí)可靠性、操作簡(jiǎn)便性、輕量化等特點(diǎn)的同時(shí)，整套設(shè)備能夠滿足水利施工放樣、信息采集等需求?？紤]到對(duì)空通示受檔以及衛(wèi)星數(shù)量較少的特殊情況，GPS系統(tǒng)無法確保解算的正常，從而對(duì)定位可靠性與精度產(chǎn)生影響。研究發(fā)現(xiàn)，受多環(huán)境條件的限制，單頻GPS具有較大的局限性，對(duì)此雙星座系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了GPS接受設(shè)備的新水平，該系統(tǒng)能夠提供全范圍、高精度、各時(shí)段完美的接受設(shè)備[3-4]。

1.2GPS技術(shù)應(yīng)用前景

我國(guó)水利事業(yè)的快速發(fā)展對(duì)勘測(cè)設(shè)計(jì)的要求越來越高，隨著勘測(cè)軟件、硬件設(shè)備的不斷進(jìn)步，已基本實(shí)現(xiàn)CAD作業(yè)[5]?！皹I(yè)內(nèi)一體化”的水利勘測(cè)設(shè)計(jì)，要求形成后期管理、施工、設(shè)計(jì)、勘測(cè)的一體化數(shù)據(jù)鏈，由此降低中間數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，這也是決定水利設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展的重要因素。雖然電子水準(zhǔn)儀、全站儀等已應(yīng)用于水利工程勘測(cè)設(shè)計(jì)，然而后自然環(huán)境與通視條件限制常規(guī)的方法普遍存在工作量大、效率低、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)等問題。技術(shù)改進(jìn)和設(shè)備引進(jìn)為勘測(cè)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵，因此GPS技術(shù)的引入為現(xiàn)狀條件下的必然選擇。沿線控制測(cè)量可以利用快速靜態(tài)作業(yè)模式實(shí)現(xiàn)，從而為路線測(cè)量、地形圖繪制等提供信息依據(jù)；此外，還可形成施工控制網(wǎng)為閘門、堤壩、渠道等水利項(xiàng)目施工提供指導(dǎo)，這也是水利測(cè)量中GPS的初級(jí)應(yīng)用階段。實(shí)質(zhì)上，RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的應(yīng)用為GPS系統(tǒng)的發(fā)展?jié)摿?，具有更加廣泛的應(yīng)用前景[6]。

2水利測(cè)量中RTK技術(shù)的應(yīng)用

2.1RTK基本原理

RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于實(shí)際操作中，可以實(shí)時(shí)測(cè)量水利工程數(shù)據(jù)，該技術(shù)包括以下內(nèi)容：①RTK技術(shù)擁有多個(gè)數(shù)據(jù)鏈以獲取不同類型的數(shù)據(jù)；②基準(zhǔn)站接收機(jī)具有數(shù)據(jù)分析與接受的功能，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取發(fā)揮著關(guān)鍵作用；③復(fù)雜地形難以獲取的數(shù)據(jù)可以選用流動(dòng)接收站，在原有基準(zhǔn)站上安防GSP接收機(jī)，由此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)觀測(cè)和傳送。

2.2RTK技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

結(jié)合相關(guān)資料和工程實(shí)踐，歸納總結(jié)了RTK技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。①工作效率高：RTK技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)量方法能夠大大提升工作效率，對(duì)于8km范圍以內(nèi)的普通地形和地勢(shì)，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的測(cè)量，且測(cè)量過程無需投入過多的財(cái)力、物力和人力，在減輕勞動(dòng)量的同時(shí)還可提高工作效率，降低測(cè)量成本和費(fèi)用。②降低作業(yè)條件要求：對(duì)外界環(huán)境、地形和地勢(shì)傳統(tǒng)的測(cè)量方法要求較高，必須完全符合相關(guān)要求方可測(cè)量；相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)量方式RTK技術(shù)存在明顯的差異，該技術(shù)適用范圍廣且對(duì)作業(yè)環(huán)境要求低，外界環(huán)境對(duì)RTK技術(shù)的影響較低。③數(shù)據(jù)安全可靠、定位精度高：基于GPS技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展形成的RTK技術(shù)兼具GPS的諸多優(yōu)點(diǎn)，其適用范圍廣、定位精度高且操作流程簡(jiǎn)便；對(duì)于地勢(shì)條件較為復(fù)雜的地區(qū)RTK技術(shù)能夠減少以外事故發(fā)生概率，保證人員安全和數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。④數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便。RTK技術(shù)較傳統(tǒng)的測(cè)量方式具有更加簡(jiǎn)便的操作流程，其技術(shù)要求低且數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，對(duì)基準(zhǔn)站坐標(biāo)在測(cè)量站準(zhǔn)確記錄后即可實(shí)行正式測(cè)量，對(duì)數(shù)據(jù)信息經(jīng)一系列數(shù)據(jù)后繪制出高精度地形圖。此外，智能化和自動(dòng)化程度高為RTK處理技術(shù)的明顯優(yōu)勢(shì)，接受的信息可以很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處理。

2.3RTK技術(shù)的應(yīng)用

2.3.1河道地形圖測(cè)量水利測(cè)量工作中RTK技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)于河道地形圖的測(cè)量，一般利用RTK技術(shù)優(yōu)勢(shì)完成復(fù)雜的河道地形圖測(cè)量工作。水下作業(yè)為大多數(shù)河道地形圖的測(cè)量環(huán)境，而人眼無法直接觀測(cè)水下形式，為保證地形資料的測(cè)量精度必須合理利用RTK技術(shù)。其中，全站儀、6分儀、3桿分度儀為傳統(tǒng)的測(cè)量方式，這種測(cè)量方法所花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，測(cè)量精度低、適用范圍小且化肥的人力資源多，測(cè)量結(jié)果無法實(shí)時(shí)反映地形變化的真實(shí)狀況[7]。隨著科技的進(jìn)步和水利事業(yè)的發(fā)展，河道地形圖測(cè)量中RTK技術(shù)逐漸得到廣泛的應(yīng)用，其測(cè)量流程包括：先連接筆記本電腦和需要使用的儀器，測(cè)量點(diǎn)的觀測(cè)和定位通過電腦控制時(shí)限；然后在筆記本電腦里輸入測(cè)量的有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)軟件處理繪制出河道地形圖。由此獲取的地形圖能夠客觀、真實(shí)的反映河道情況，具有工作量少、測(cè)量精度高、所需時(shí)間段等特點(diǎn)。

2.3.2加密控制點(diǎn)測(cè)量測(cè)量工作的難點(diǎn)和重點(diǎn)是保證加密控制點(diǎn)測(cè)量的精度，而偏遠(yuǎn)山區(qū)的水利工程測(cè)量控制點(diǎn)很難設(shè)置。傳統(tǒng)的測(cè)量方法主要利用三角控制網(wǎng)和距儀導(dǎo)線測(cè)量，該方法花費(fèi)的財(cái)力、物力和人力較大且精準(zhǔn)度較低，外界環(huán)境對(duì)測(cè)量精度影像較大[8]。對(duì)于以上問題RTK技術(shù)可以有效解決，該方法具有較高的精確度且測(cè)量方便快捷，通過將3個(gè)以上測(cè)控點(diǎn)設(shè)置于15km范圍內(nèi)即可完成相應(yīng)的測(cè)量。

2.3.3數(shù)字化地形圖測(cè)量RTK測(cè)量技術(shù)能夠快速定位及實(shí)時(shí)掌握坐標(biāo)結(jié)果，測(cè)量地形時(shí)具有較好適用性。在數(shù)據(jù)采集功能下可以結(jié)合地形情況快速完成測(cè)量，并以圖形的方式顯示采集完成后的地形點(diǎn)，經(jīng)轉(zhuǎn)換處理輸出數(shù)字化地形圖。

2.3.4水域斷面測(cè)量將探深儀與RTK技術(shù)相結(jié)合測(cè)量水域斷面，應(yīng)先對(duì)河道斷面位置按照現(xiàn)有地形圖初步設(shè)計(jì)，經(jīng)實(shí)地勘測(cè)獲取各基點(diǎn)高程、平面坐標(biāo)等參數(shù)；其中，基點(diǎn)3維坐標(biāo)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，而斷面航線采用業(yè)內(nèi)處理的方法合理設(shè)計(jì)；然后實(shí)時(shí)校核數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及精度以保證數(shù)據(jù)采集的有效性，并利用計(jì)算機(jī)處理三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，特殊情況下還可實(shí)行補(bǔ)測(cè)工作。準(zhǔn)確校核所有測(cè)量數(shù)據(jù)后，方可對(duì)各航段斷面圖形利用專業(yè)處理軟件繪制。

2.4作業(yè)時(shí)常見問題及解決對(duì)策

對(duì)RTK技術(shù)應(yīng)用時(shí)常見的幾種問題提出有效的解決對(duì)策：①衛(wèi)星狀況問題。采用衛(wèi)星獲取測(cè)量數(shù)據(jù)為RTK測(cè)量技術(shù)的重要依據(jù)，若衛(wèi)星無法覆蓋測(cè)區(qū)范圍，則不能保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性與精度，尤其是城市高樓林立、高山峽谷等很可能遮擋信號(hào)處，測(cè)量數(shù)據(jù)很容易出現(xiàn)偏差。對(duì)此，需要配合星歷預(yù)告完成測(cè)量作業(yè)。②作業(yè)半徑比標(biāo)稱距離小、數(shù)據(jù)鏈傳輸受限制和干擾問題。數(shù)據(jù)鏈為傳送RTK測(cè)量數(shù)據(jù)的主要途徑，若遇到較高建筑物或高山無法順利完成數(shù)據(jù)鏈的傳輸，此時(shí)應(yīng)盡可能提高基準(zhǔn)站海拔使其位于測(cè)量區(qū)最高點(diǎn)。③測(cè)量穩(wěn)定性與精度問題。對(duì)于自然環(huán)境RTK測(cè)量的要求較低，但衛(wèi)星運(yùn)行狀況很容易對(duì)測(cè)量作業(yè)產(chǎn)生影響，使得測(cè)量精度降低，為提高測(cè)量精度可以增加校核次數(shù)或多次反復(fù)測(cè)量。

3結(jié)語

水利測(cè)量中RTK技術(shù)的應(yīng)用保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠性，為水利勘測(cè)設(shè)計(jì)和保證后期的順利施工提供數(shù)據(jù)支撐，對(duì)推動(dòng)水利事業(yè)發(fā)展和自動(dòng)化、智能化測(cè)量系統(tǒng)的搭建奠定了基礎(chǔ)。實(shí)際測(cè)量過程中為確保測(cè)量精度，應(yīng)正確使用儀器、提高計(jì)算精度和工作人員責(zé)任心。所以，研究分析RTK技術(shù)優(yōu)點(diǎn)、原理以及作業(yè)中常見問題的解決方法，可為水利勘測(cè)設(shè)計(jì)和質(zhì)量、進(jìn)度、安全目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供重要保障。

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作者：游興彪 單位：撫順市水利建筑工程處