RTK技术在水利工程断面测绘中的应用研究

陈荣涛 秦洪泉 周鑫

摘要：随着人民生活水平的提升，人们对于水利设施建设的要求越来越高，因此，对于水利工程相关的研究也越来越多。所以，在RTK技术在测绘范围大、视线较弱，已知成果密度不明的条件建，通过RTK技术在水利工程断面测绘中的具体性应用，对RTK技术的构成、工作原理、具体性应用方案等进行介绍和分析。

关键词：RTK技术；水利工程；断面；测绘；应用

引言

在近些年测量方法发展的过程中，差分GPS应用最为广泛。而载波相位差分技术又被称之为PTK实时动态定位技术，主要是在发生的时间节点处理两个观测站之间的载波相位量差分。同时，这也是GPS测量技术与数据传输技术共同发展下的产物，自身具备了定位速度快、保密性强、误差小、操作性便捷、成本低、全天候的特性，不仅广泛的运用于水利测量、矿山测量、交通测量、建筑测量等领域，而且在一定程度上，提高了工程测量的效率和质量。

一、RTK技术的构成和工作原理

1.1RTK技术的构成

在RTK技术使用的设备中，主要是由GPS接收机、接收天线、电瓶、电台、基座、背包、数据采集和处理软件等构成。因此，在进行GPS实时测量数据传输的过程中，必须要保障数据处理功能的稳定。GPS测量方法和GPS测量作业的运行模式是有一定关系存在的。不同的作业模式，可能会造成作业方法、作业时间、作业范围有所差异。就当前作业的模式主要是由静态和快速静态定位、准动态及动态定位这两种构成。而GPS静态和快速静态定位常常被用于沿线总体控制测量的工作中。

1.1.1GPS系统中的双频设备

不管是单频接收设备，还是双频接收设备，他们都可以发挥出GPS实时测量的效果。因为单纯的借助单频设备对未知的数据进行初始化处理，不仅需要大量的时间，而且最终获取的结果不一定受到大家的认可。所以，在实际工作的过程中，采用双频设备测量是最佳的办法。

1.1.2GPS系统中实时数据传输系统

GPS系统中实时数据传输系统指的就是将基准站的信息、观测数据等，通过实时传输的方式将其传输到流动站，之后将GPS系统与流动站观测到的数据进行有效性方面的处理，而且处理期间，还可以同无线通讯设备进行合理的搭配，形成较为完善的、实时的数据传输系统，当然，流动站依旧能够对基准站的工作状态、设站信息等进行了解，这对于进行信息排查方面的工作是有利的。如无线信号调制解调器，它自身具备数据量大、运转速度快等方面的特性。

1.1.3GPS系统中实时数据处理系统

基准站的作用，主要就是将自身的信息、观测到的数据，借助数据解算平台进行相关方面的处理。由此可见，对各个单元实行的针对性处理方式不仅有效，而且还保证了锁定五颗星左右的卫星，其具备了较强的几何图形强度之外，还保证了点位的精确性。因此，功能强的数据处理系统就是当前RTK技术在水利工程断面测绘首选的处理系统。同时，这种处理系统在发展的过程中，还在不断地完善、创新和实践。

1.2RTK技术的工作原理

RTK测量技术本就是以载波相位观测量为基础来对差分GPS测量技术进行实时的监测，所以，其工作的原理就是基准站在第一时间，将测量到的载波相位观测量、基准站坐标、伪距观测值等采用无线电传送的方式传播给运动中的流动站，之后，通过流动站将接收到的基准站信息发射出去，并且对载波相位观测量進行差分分析、处理，得到最终的基准站基线向量和流动站基线向量，而基线向量与基准站坐标就可以获得流动站的坐标，以此来通过坐标进行一系列的转换工作。

二、RTK技术的作业流程

2.1内业准备

在进行RTK技术外业测量的前夕，应该要事先对测量区域的小比例尺地形图进行收集方面的准备，在必要的情况下，还应该进行野外勘察，根据地形图测量的特性完成一切内业准备工作。第一，根据项目内容，制动适当的工程名称；第二，如果存在已知的坐标转换参数，那么，就需要输入到手薄之中；第三，如果不存在已知的坐标转换参数，，那么，就应该将整理好的控制点的资料均匀地分布在观测区域内，尽可能的做到避开两端无限外推的情况；第四，在工程项目放样的过程中，内业输入的每一个放样点都要确定设计坐标，这不仅有助于进行野外工作的实施，而且有助于提高放样的准确性。

2.2求定测区转换参数

2.2.1测区转换参数的求取

在水利工程项目建设区域进行测量时，往往都通过借助原有的控制点来获取该区域的转换参数，从而使其适应独立的坐标系统。在该区域内，理论上可以削弱变形带来的影响，实际上提高了转换之间的可靠性指数。一般基准站WGS-84坐标获取存在两种方式，第一种是采集，另外一种就是借助原有的数据，直接将数据输入基准站WGS-84坐标手薄中获取。而这种采集获取的坐标，通常都是在没有基准站WGS-84坐标成果使用的情况下，首先，基准站WGS-84坐标直接从手薄中读取出来；其次，将流动站安置在控制点，即基准站WGS-84坐标位置处；最后，要注意在测量前对测区进行点位方面的校正，也就是要选择三个，或者是三个以上的控制点，由此就可以获得准确的转换参数。

2.2.2求定转换参数控制点的选择注意事项

为了能够保障勘测区域数据的准确性，必须要选取合适的控制点，并且还要保证该控制点能够覆盖勘测区域，而且还能够方便基准站的架设工作。借此，在对控制点选择时，首先，选择高大的建筑物，或者是地势较高的区域，这里不仅要保证视野开阔，而且还要避免周围障碍物的高度角超过10-15度；其次，该控制点能够覆盖勘测区域，而且还要查过勘测边缘区域1km；第三，控制点在200m的范围内避开信号塔、发射塔，或者是功率较强的装置；第四，尽可能的避开大面积水域，降低多路径造成的信号减弱问题；第五，控制点粉不要均匀，每个控制点之间间距保持在10-15km之间；第六，与原有的控制点之间的重合点绝对不能低于三个。

2.3PTK技术的作业

PTK技术在作业的过程中，首先，就是构建基准站，这也是为了保障勘测数据的准确性，所以，通常将基准站的位置设定在已经确定的点上；其次，做好GPS接收机、电池、电台等连线方面的工作，将输入一些可以作为基准站控制点坐标和其他点的控制参数，保证基准站设备能够正常投入使用；最后，为了能够保证转换参数与参考站之间数据的准确性，可以适当的在检测工作开始之前，对各个控制点进行有效的验证，保证控制点的稳定性。

三、PTK技术在水利工程断面测量中的应用

3.1合理设置PTK测图和控制网

PTK技术在水利工程断面测量中应用时，通过GPS构建了一套完善的首级控制网络体系，通过双频机静态观测的方式进行数据平差方面的采集，由此获得点位坐标，从而达到保证点位坐标准确的目的，而且还要加强控制网点联测等级水准方面的控制，为首级网点三维高精度坐标的标准化处理奠定基础。另外，在使用PTK技术对首级网点布局的过程中，保证网点控制在8km的范围内，这不仅有助于提高工作效率和资源的利用率，而且还能够处理不同的比例尺测图。

3.2河道带状网、渠堤纵截面的测量要点

因为GPS在应用的过程中，灵活性比较显著，所以，在实际测量期间，可实现实时的动态性测量。由于在测量中实时获得的测点，并不能保证点位间的通视效果，在点位达到标准的点数之后，必须立即停止观测，沿着河道，渠线等进行控制和设置合理的布局以PTK技术为基础的基准站。采用PTK技术为基础这也是因为PTK技术在三维空间坐标体系内明确的显示控制点，所以，PTK技术不仅具备自动存储数据的作用，而且还能够对已经处理的资料做好编号处理工作。在处理工作期间，通过计算机输入、输出，绘制出带状的地形图、河道截面图、河道桩横截面图等，这不仅对于工作效率的提升有帮助，而且对于人力、物力的支出也有所降低。

3.2.1堤防工程的断面测量工作

因为为了防止河道两边水土流失问题严重，所以，通常都会在河道两边种植大量的植物，所以，在进行断面测量时，常规的断面测量方法因为受到外界因素的制约，不仅使得工作时间延长，而且浪费了大量的人力、物力，借此，为了能够进一步掌握实际的发展情况，采用PTK技术进行断面测量方面的作业。首先，在测区范围内选择15个E级的GPS控制点，并且保证每个控制点都能够带有四等水准的高程；其次，通过GPS专用数据软件对测区WGS-84坐标与北京54坐标之间的关系进行解读；最后，将其传输到每台移动的手薄之内，实时的将各个测点北的坐标表现出来。另外，横断面仍旧采用的是GPS-PTK线路放样功能进行水利工程实际情况的检测，也就是在设计好的横断面上取两个点位坐标，根据点位坐标形成一个线路文件，最终传入到手薄之内。GPS的基准台主要架设在E级的GPS控制点处，天线严格对准，并且测量天线搞两次以上的情况截取均值，而流动站实时的接收基准站发送过来的数据，根据手薄的路线文件进行横断面线路的放样测量，从而进一步实现实时的点位质量控制。由此可见，PTK断面测量的平面定位京都市中控制在0.01-0.04之间，高程测量精度一般都低于0.10m，这种精度是符合我国断面测量要求的。所以，在进行断面点数据采集的过程中，GPS流动站要始终坚持在断面线上，使得断面点偏离断面线的最大距离都要控制在0.1m的范围内。

3.2.2灌区的纵横断面测量

灌区内配置有相对的水利配套工程，还是需要进行现场的勘测、设计、施工。所以，在测量工作进行期间，必须要根据设计人员的要求，随时将最新的线路测量数据传输回数据中心，并且做出相应的修改，借此，针对这种情况，PTK技术的引入是必然的。PTK技术是由设计人员将控制点的数据输入到PTK接收机，由接收机将区域内的断面点测量数据在设定的线路中传输回总部，根据这些数据对已知点进行校测，进一步完善设计方案。

3.2.3水工建筑物的纵横断面测量

水工建筑物的纵横断面都是根据设计人员提供的设计坐标来建设的，测量人员将涉及的这些坐标输入到PTK接收机上，根据两点之间的坐标进行横断面测量方面的工作，当然，这种测量工作并不仅限于一个位置，而是针对整个水利工程建设区域而言。如在六道河电站工程项目中，对该项目的坝址、溢流洞、围堰、导流洞等横断面都进行了相关的测量。

四、结语

综上所述，PTK技术在线路定线测量的过程中，通过不断地断面测量实践活动，将其相对于常规性测量方法的优越性完美的呈现出来。首先，线路放样法可以保证测量断面点均匀分布在断面线上；其次，PTK技术不会受到地形、气候、可视性等方面因素的限制，工作效率得到了极大的提升；第三，PTK技术节约了大量的人力成本；第四，PTK技术测断面点的准确度和一致性都比较高；第五，PTK技术在测量断面点时，如果障碍物存在的情况下，通常会采用全站仪来配合后续工作的开展，保障数据的准确性。

参考文献：

[1]孙平.GPS-PTK在水利工程施工測量中的应用.科技创新导报，2015-09-11.

[2]张奇.探讨GPS-PTK技术在水利工程测量中的应用.中国水运月刊，2015-08-12.

[3]刘骥.GPS RTK技术在辽宁地区水利工程测量中的应用[J].黑龙江水利科技，2017-01-31.