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GPS-RTK測量技術(shù)在水利工程測繪中的運用

2024-11-01 00:00:00王迪
科技資訊 2024年18期

摘要:GPS-RTK測量技術(shù)屬于現(xiàn)代化工程測量技術(shù),具有定位準確、操作便捷的特性,所提供的是三維立體坐標(biāo),可一體化完成控制測量、工程放樣、數(shù)字地圖繪制等多項任務(wù)。為進一步明確水利工程測繪中GPS-RTK測量技術(shù)的應(yīng)用方法及價值效用,首先介紹了水利工程測繪中的GPS-RTK測量技術(shù),然后結(jié)合工程實例探討了GPS-RTK測量技術(shù)的實踐應(yīng)用方法。旨在為水利工程測繪中科學(xué)應(yīng)用此技術(shù)提供參考。

關(guān)鍵詞:GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)水利工程測繪地形檢測

中圖分類號:TV22

ApplicationofGPS-RTKMeasurementTechnologyinWaterConservancyEngineeringSurveyingandMapping

WANGDi

CangzhouWaterConservancySurveyandPlanningDesignInstituteCo.,Ltd.,CangzhouCity,HebeiProvince,061000China

Abstract:GPS-RTKmeasurementtechnologybelongstomodernengineeringmeasurementtechnology,whichhasthecharacteristicsofaccuratepositioningandconvenientoperation.Itprovidesthree-dimensionalcoordinatesandcanbeintegratedtocompletemultipletaskssuchascontrolmeasurement,engineeringlayout,anddigitalmapdrawing.TofurtherclarifytheapplicationmethodsandvalueofGPS-RTKmeasurementtechnologyinwaterconservancyengineeringsurveyingandmapping,thispaperfirstintroducestheGPS-RTKmeasurementtechnologyinwaterconservancyengineeringsurveyingandmapping,andthenexploresthepracticalapplicationmethodsofGPS-RTKmeasurementtechnologywithengineeringexamples,aimingtoprovidereferenceforthescientificapplicationofthistechnologyinwaterconservancyengineeringsurveyingandmapping.

KeyWords:GPSsatellitepositioningsystem;NetworkRTKtechnology;Waterconservancyengineeringsurveyingandmapping;Terraindetection

GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有24小時監(jiān)測、操控過程簡便、檢測精度高、效率快等優(yōu)勢,可一次性完成被測物三維坐標(biāo)的檢測,相較于運用傳統(tǒng)全站儀、經(jīng)緯儀等設(shè)備需要分別測出水準、距離、角度的測量方法而言,效率更快且測量結(jié)果的準確率更高。GPS-RTK技術(shù)是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的組合技術(shù),測量精度可達到厘米級,能夠節(jié)約測量時間,可節(jié)約由于測量精度不足而二次返工所產(chǎn)生的人力成本與時間成本,能實時回傳測量數(shù)據(jù),利于推動水利工程測繪工作的自動化、現(xiàn)代化發(fā)展。

1水利工程測繪中的GPS-RTK測量技術(shù)

1.1多基準站RTK技術(shù)

此技術(shù)是基于衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)而研發(fā)改進的新型GPS-RTK測量技術(shù),是在多基準站網(wǎng)絡(luò)支持下的實時差分定位系統(tǒng)[1]。此技術(shù)可以彌補普通RTK技術(shù)的缺陷,可化解傳統(tǒng)RTK技術(shù)中基站及移動站之間距離過短的問題,定位距離可以達到70~100km之間,能實現(xiàn)長距離定位。運用此種技術(shù)展開水利工程相關(guān)測量,可以減少測量精度誤差,提高測量結(jié)果的準確率。技術(shù)應(yīng)用時,需要構(gòu)建多個GPS系統(tǒng)基準站,還要打造數(shù)量充足的基準站連續(xù)運行衛(wèi)星定位導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng),然后校正處理流動站坐標(biāo)觀測值,再結(jié)合基準站坐標(biāo)數(shù)據(jù),對流動站整周模糊度進行計算,從而得出準確的流動站坐標(biāo)位置。

1.2虛擬參考站技術(shù)

虛擬參考站技術(shù)是RTK技術(shù)之一,是在VRS理論基礎(chǔ)上誕生的,該技術(shù)應(yīng)用時,需要在區(qū)域范圍內(nèi)搭建多個GPS基準站以形成網(wǎng)狀覆蓋,將虛擬參考站設(shè)置在移動臺周邊,結(jié)合參考站實測數(shù)據(jù)計算虛擬參考站的虛擬觀測值,進而精準定位用戶站[2]。各基準站需要在以太網(wǎng)支持下將原始衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)實時傳送給數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)中心接收數(shù)據(jù)后,會計算各基線載波相位整周模糊度值,然后構(gòu)建誤差模型,移動臺得到數(shù)據(jù)中心認證后會創(chuàng)建移動數(shù)據(jù)鏈路,獲取單點定位及初步位置坐標(biāo)。數(shù)據(jù)中心利用得到的初步位置坐標(biāo)構(gòu)建虛擬基準站,與用戶站共同運用單站RTK技術(shù)提取基準站內(nèi)偏差影響校正值,再向移動站用戶傳送RTCM格式的校正數(shù)據(jù)。最后由移動臺分析校正信息并計算差分分解值,進而得出精度為厘米級的定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

2水利工程測繪中GPS-RTK的應(yīng)用方向

2.1在加密控制點測定方面的應(yīng)用

水利工程建設(shè)前期,技術(shù)人員需要實地踏勘并測量施工現(xiàn)場,此時可以運用GPS-RTK技術(shù)測量加密控制點。受到我國地理條件的影響,水利工程一般建設(shè)位置較為偏遠,用于加密量的高級流動控制點相對較少。若采用傳統(tǒng)測距儀、水經(jīng)儀等設(shè)備測量加密點,不僅工作量較大,且無法保證測量精度。尤其是斷崖等地形相對復(fù)雜的區(qū)域,在待測點處架設(shè)測量設(shè)備存在難度,部分測點的數(shù)據(jù)無法精準獲取,經(jīng)模糊化處理后得到的測繪數(shù)據(jù)準確度有所不足。而應(yīng)用GPS-RTK測繪技術(shù)測量加密控制點時,1500m范圍內(nèi)設(shè)置3個以上的加密點,便可以得出準確的加密測量數(shù)量,可以大幅降低水利工程加密控制點的測量難度,并能提高測繪結(jié)果精度,可為水利工程設(shè)計與施工提供準確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2在河道地形檢測方面的應(yīng)用

水利工程測繪時,具備大量水下情況測繪任務(wù),然而由于水下情況下相對復(fù)雜,難以肉眼觀測。傳統(tǒng)水下測繪工作中,主要利用六分儀、三桿分度儀等設(shè)置測量相關(guān)數(shù)據(jù),不僅測量耗時費力,且具有較高的安全風(fēng)險,同時可能受水下環(huán)境影響而無法得出準確的測量結(jié)果。而利用GPS-RTK測量技術(shù)實施水下測量,可以解決這一問題。在測量河道地形時,可在電腦、測深儀支持下,結(jié)合運用RTK設(shè)備及GPS導(dǎo)航軟件精準定位測量點,然后在GPS導(dǎo)航軟件的指導(dǎo)下,在水下調(diào)整測量點的設(shè)置位置,之后將測深儀以及RTK設(shè)備傳送回來的測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦之中,再運用河道測量軟件處理接收的數(shù)據(jù),然后可利用處理后的數(shù)據(jù)精準繪制河道地形圖,可以清晰觀測到水下情況,從而為水利工程施工的科學(xué)設(shè)計保障。

2.3在數(shù)字化地圖測繪方面的應(yīng)用

數(shù)字化測繪是水利工程測繪的主要發(fā)展方向,實現(xiàn)數(shù)字化測繪之后,可以促進水利工程測繪數(shù)據(jù)的流通性,提高數(shù)據(jù)利用率。而在GPS-RTK技術(shù)支持下實施水利工程測繪,所得出的數(shù)據(jù)信息更加精準、可靠與全面,可在翔實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上構(gòu)建完善的水利數(shù)據(jù)庫,從而為水利工程測繪的數(shù)字化發(fā)展提供有力支持。在GPS-RTK測量技術(shù)逐步完善化發(fā)展的境況下,其對于數(shù)字化測繪的實現(xiàn)將會起到顯著的推動作用。在數(shù)字化地形圖測量時,可以根據(jù)已知坐標(biāo)結(jié)果,利用RTK快捷、精準定位,進而準確、全面采集測待地形數(shù)據(jù),高效、快捷完成地形測量。可結(jié)合現(xiàn)場地形情況,科學(xué)設(shè)置與實時調(diào)整測量方法,通過成圖處理,利用采集得到的地形點構(gòu)建數(shù)字化管道地形圖,可以實現(xiàn)單人作業(yè),能夠降低地形圖測繪的時間及人力成本[3]。

3水利工程測繪中GPS-RTK測量技術(shù)的應(yīng)用實踐

3.1測繪方法確定

某小型水利渠道工程需要測量放樣并繪制斷面圖以計算土方,但因渠道測繪時間較為緊張,加之水利渠道測繪較為復(fù)雜,利用傳統(tǒng)測繪方法實施難度較大,因而選用GPS-RTK技術(shù)實施渠道放樣測量工作??刂凭W(wǎng)構(gòu)建是渠道放樣的重點,本水利渠道工程屬于線狀工程,具備較大測量面積,且需設(shè)置多個測點,除了要構(gòu)建管線測量平面控制網(wǎng)外,還需建設(shè)高程控制網(wǎng),且這兩種控制網(wǎng)的精度均應(yīng)要控制在5cm左右。為此,工程選用GPS方式構(gòu)建控制網(wǎng),無須各點相互通視,可突破網(wǎng)形限制,可用此方法建設(shè)管線測量平面控制網(wǎng),然后采用水準測量法構(gòu)建高程控制網(wǎng)。受到本工程位置影響,控制點間距離較遠,因而測量控制網(wǎng)時利用雙頻接收機,并運用靜態(tài)定位方式、按照四等水準實施控制網(wǎng)測量。

3.2放樣前期準備

3.2.1基準站建設(shè)及人員配備

應(yīng)用GPS-RTK測量技術(shù)之前,需要科學(xué)建設(shè)基準站,在工程范圍內(nèi)選擇土質(zhì)硬度良好、易損性低、視野開闊、強電磁干擾小、多路徑誤差影響偏低的區(qū)域作為基準站建設(shè)位置,確保能夠清晰觀測10°高度角上方區(qū)域,以便GPS衛(wèi)星信號順暢發(fā)射與接收,并保證數(shù)據(jù)信息有效傳送。應(yīng)GPS測量、四等水準觀測兩項工作分別由一名工作人員負責(zé),要求所選人員經(jīng)驗豐富、技術(shù)高超,并安排數(shù)量充足的專業(yè)性輔助施測技術(shù)人員。

3.2.2GPS平面控制測量

按照水利渠道工程測繪的技術(shù)要求,結(jié)合本工程的實際需求,需要對B級控制點進行合理選取并實施準確復(fù)測,從而將這些控制點作為施工測量定位的主要控制點。在設(shè)置加密控制網(wǎng)時,需要以水利渠道工程現(xiàn)場實際施工條件、施工要求為依據(jù),將測量區(qū)域中的B級網(wǎng)控制點設(shè)為起算點,進而對加密控制點進行測量[4]。要求基準站應(yīng)設(shè)置于加密點處,以便于有效控制整個標(biāo)段的測量作業(yè)。

3.2.3基線解算檢驗與網(wǎng)平差

利用HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件實施基線解算與網(wǎng)平差,先解算基線,經(jīng)過驗證達到標(biāo)準后再實施無約束平差,以便運用WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)得出控制點大地坐標(biāo)。之后,再針對約束點實施約束平差,在北京54坐標(biāo)系為參心的大地坐標(biāo)系下求出控制點坐標(biāo)。然后對比測量所得坐標(biāo)與提供坐標(biāo),確認兩個坐標(biāo)限差是否超出規(guī)定范圍,如超出重新測量。

3.2.4參數(shù)轉(zhuǎn)換與控制點比測

解算檢驗及網(wǎng)平臺完成后,應(yīng)根據(jù)實測得到的大地坐標(biāo)及提供坐標(biāo),對各個參數(shù)進行轉(zhuǎn)換。受到高程基準面影響,為保障高程符合要求,應(yīng)在控制點高程基礎(chǔ)上增加部分高程差值,然后再將之向當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵婊鶞蔬M行換算。然后還需實施控制點比測,利用位于加密點上的基準站,根據(jù)轉(zhuǎn)換后的參數(shù),采用GPS技術(shù)比測部分控制點,經(jīng)比測發(fā)現(xiàn),控制點坐標(biāo)較差未超出允許范圍。

3.3RTK放樣測量

利用RTK實施測量時,需要采用VisualBasic程序?qū)η谰€路放樣點坐標(biāo)進行計算,將計算結(jié)果錄入電子表格后,存儲為csv格式,之后按照規(guī)定流程實施RTK放樣(見圖2)。放樣時,應(yīng)將移動站設(shè)置在中部位置,然后對數(shù)據(jù)進行重復(fù)性采集,求出200次采集數(shù)據(jù)的平均值,之后再微調(diào)移動站位置,以使之符合設(shè)計值并契合北京54坐標(biāo)系。采用RTK技術(shù)放樣時,因檢查條件并不完善,為此,需要通過校核方式提高放樣精度。一種方法是利用開關(guān)機采集放樣點坐標(biāo)平滑數(shù)據(jù),采集兩次后求出數(shù)據(jù)差值,通過此方法排查放查錯誤。第二種方法是利用鋼尺量取各放樣點的幾何尺寸,通過對比理論數(shù)據(jù)找出放樣問題。

4結(jié)語

在水利工程測繪中應(yīng)用GPSRTK測量技術(shù),可以解決傳統(tǒng)測繪技術(shù)無法水下測繪或定位距離不足的問題,能夠推動水利工程測繪的數(shù)字化發(fā)展。結(jié)合工程實例發(fā)現(xiàn),利用GPS-RTK測量技術(shù)實施渠道測量,要做好前期基準站建、人員配備、GPS平面控制測量、基線解算檢驗與網(wǎng)平差、參數(shù)轉(zhuǎn)換及控制點比測等多項工作。而采用RTK放樣測量時,要按照規(guī)定流程實施,并加強精度控制。經(jīng)驗證,實例工程采用GPS-RTK測量技術(shù)放樣,高效、精準得到了渠道放樣數(shù)據(jù),保障了水利渠道工程的建設(shè)質(zhì)量。

參考文獻

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