浅析RTK技术在河道断面测量以及险工地段的应用

摘要：本文详细阐述了RTK技术在河道断面测量中的应用，介绍了实时动态RTK技术的工作原理以及其配合数字式测深仪在水下断面测量中的工作方法及流

程。阐述了其工作的优点和注意之处。

关键词：RTK；河道断面测量；应用

tract: in this paper expounds the RTK technology in the river section of the application of the measurement, this paper introduces the real-time dynamic RTK technology with the working principle and its digital depth-measuring apparatus in the measurement of the underwater section work method and flow

Process. Expounds the advantages and pay attention to the work place.

Keywords: RTK; River section measurement; application

中图分类号：TV85文献标识码：A 文章编号：

引 言：在水利工程的管理和建设中,为了计算河道的泄洪能力以及河道疏浚的工程量,均需测量河道纵、横断面。常规的河道断面测量方式主要有经纬仪交会法、经纬仪视距法和测距仪斜距法等方法,水深测量方式主要有测深杆法、测量锤法和回声测深仪法等方法,但上述几种方式不仅受仪器精度、距离、天气、通视及通讯等条件限制,工作效率低下。尤其断面水深测量,由于受水流、测量船体的非线性运动以及测量人员的熟练及配合等因素的影响,断面点定位精度不高。上述几项因素都严重影响河道断面测量的质量,尤其在河道疏浚工程测量中,利用断面数据很难准确计算疏浚的工程量。随着全球卫星定位系统技术的发展和在工程测量中的应用,利用实时动态GPS(RTK)和数字式测深仪进行河道断面水深测量,提高了水下断面点测量的精度和进度。

1RTK工作原理

实时动态R T K定位即基于载波相位进行实时差分解算的一项技术 ,精度可达厘米级 。RT K定位系统同时使用两台 (或两台以上) G PS接收机进行测量 , 由于同时工作的相邻的两台G PS接收机的信号具有共同的误差特性 , 在差分解算的过程中 ,这些公共误差将被抵消 , 最后可得到具有较高精度的两台GPS 接收机之间的相对坐标。R T K作业中 , 通常有一台G PS接收机架设于已知站 , 固定不动(称为基准站) , 另一台GPS 接收机作为未知站 , 以流动方式放置(称为流动站) 。 基准站和流动站同时观测一组相同的卫星 ,基准站将观测到的数据通过数据链传送到流动站 , 流动站将该数据与本身观测到的数据进行差分解算, 从而得到流动站与基准站之间的具有较高精度的相对位置 , 解算出流动站所在位置的三维坐标并实时存储和输出 。一般组成基准站主要设备有G PS 接收机天线,数据采集器,发射电台等, 流动站主要设备有GPS 接收机天线, 数据采集器, 能接收基准站发射的数据链的接收电台 , 数据处理手簿和数据处理软件等。

2RTK 在河道断面测量中的实施

2. 1工程概述及测量的设备

根据河道整治工作的需要, 对河道纵、横断面进行了测量。该段河道总长约12 0 km , 平均水面宽度约 600 m左右 ,水深 8—10m ,河滩地内防浪林比较稠密 , 通视条件较差,如用传统的断面测量方法 , 工作难度较大, 成果精度和测量工期都难以保证 , 基于上述原因 , 我们采用了实时动态G PS (R T K)数字式测深仪的方法来实施本次测量工作。该设备由美国 T rimble公司生产 。仪器平面定位标称精度:1 0 mm + lppm • D ,高程标称精度 : 20 mm+1p p m • D:无锡生产的SHD 一 13 D 数字式测深仪1 台 ,便携式电脑一台 ,中海达公司开发的水下测量及导航软件一套, 以上设备用电由一台0 . 7 5k w 汽油发电机提供。

2. 2 断面测量准备

由于Trimble 4700型RTK作业最佳半径约为10 km的距离 ,所以我们首先沿大堤每约10 km左右布设了一组四等静态 GPS控制网 , 所有四等GPS 点都选埋在远离大功率无线电发射台和视场开阔且交通便利的地方, 以利于RTK数据链的发射和接收 。为了便于基准站的三维成果引用 , 四等 GPS 控制点高程均用四等几何水准测量。

由于河道较宽 ,便于控制断面方向近似垂直河道和断面间距的要求, 我们首先利用干流 1 : 5 000地形图 , 进行了断面位置的初步设计 , 然后再到野外进行断面基点位置的选埋 ,每条断面布设断面基点两个 , 分别布设于河左、 右堤顶, 最后完成基点坐标及高程的测量。将每条断面的两个基点的三维坐标转人计算机 , 在中海达海洋测量软件上完成断面航线的定向 ,每条断面布一条航线。

2.3断面数据野外采集

将基准站架设于四等G PS 控制点, 流动站和数字式测深仪固定在测量船 , 由于流动站GPS 接收机天线和测深仪换能器的平面位置不完全一致,精确量出其二者的关系 ,将数据输人海洋测量软件进行点位校正 , 确保定位和测深的同步性 。测深仪和 R T K采集的数据通过一个串口适配器连接到计算机,测深仪处于连续测量 , R T K处于实时跟踪状态 。数据采样格式可按时间间隔、距离和手动采集三种模式设置 。 考虑到船速的不稳定性, 采用按距离大小来定位采集,每隔3 m 同时采集一个水深和 RT K定位数据 ,每一航线完成后形成一个标准文本格式文件 , 其包括定位数据和水深数据两部分 ; 同时对于每一条航线的静态水边高程进行联测并记录入册 。 测量船在行驶过程中 , 其方向和位置可在计算机显视器上进行实时监控 , 以保证航线和测量数据的准确性。

2.4断面数据成果整理

将R T K 采集的断面点数据文件转人计算机内某一文本处理软件 (例如Microsftexcel) , 自编一些计算公式或程序 ,计算出每一断面点距断面基点的平距以及该点高程 。 由于在进行水下测量时 , 受水流速和水中悬浮物以及测深仪自身原因等外部因素影响 , 可能存在一些水深信号漂移的点位 , 此时应进行剔除 ; 对于水深有疑问的点位 , 也应对照侧深仪记录的数据进行仔细的校核和对比 , 对于不能满足精度的断面航线要查明原因并及时补测 。断面数据格式转换完成并经校核无误后即可转人断面图生成软件进行断面图的成果输出。

3 结束语

利用本系统进行河道断面测量 , 由于其数据的采集和处理由系统和软件自动完成, 避免了其它测量方法中记录、计算、绘图等大量内业工作和发生错误的可能 , 实现了测绘生产的自动化和数字化。 同时由于RTK 定位精度较高, 定位和水深测量同步、同位, 极大地提高了断面测量的精度 。再者 , RTK + 数字式测深仪应用于河道断面测量,其不受通视、天气等外界条件干扰 , 可实现全天候作业 , 极大地提高了工作效率 。但是 , RTK 在当前的技术条件下 , 其数据链稳定性还比较薄弱 ,同时 , 影响数据传输的因素还比较多 ,如地形、强电磁场环境、大面积反射体和电台质量 。 因此 , 在工作应注意避免这些不利因素的影响 。 同时在进行水下作业前 GPS 基准站和流动站的接收机和测深仪的各种参数设置准确无误 , 以免延误工作, 同时起算数据输人也应格校核 ,确认无误后方可进行作业。

参考文献：

[1] 李明庚,吴向阳.GPS RTK测量作业方式的探讨[J].现代测绘,2005.

[2] 李清岳，工程测量学(修订版)[M].北京:测绘出版社,2002.

[3] 吕秀建 ，GPS RTK在数字测图中的应用[J].地矿测绘,2004．

作者简介：

张澎，1977.12生，河南省固始县人，1997年毕业于地矿部昆明地质学校，现就职于许昌勘测设计研究院，主要从事工程测量技术设计与研究工作。

张振恒 , 1979.12生， 山东省平原县人，2004年毕业与河南理工大学土地管理专业，现就职于许昌勘测设计研究院主要从事工程测量技术设计与研究工作。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。