淺析RTK技術(shù)在河道斷面測量以及險(xiǎn)工地段的應(yīng)用

1、淺析RTK技術(shù)在河道斷面測量以及險(xiǎn)工地段的應(yīng)用    摘要：本文詳細(xì)闡述了RTK技術(shù)在河道斷面測量中的應(yīng)用，介紹了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK技術(shù)的工作原理以及其配合數(shù)字式測深儀在水下斷面測量中的工作方法及流程。闡述了其工作的優(yōu)點(diǎn)和注意之處。    關(guān)鍵詞：RTK；河道斷面測量；應(yīng)用 引 言：在水利工程的管理和建設(shè)中,為了計(jì)算河道的泄洪能力以及河道疏浚的工程量,均需測量河道縱、橫斷面。常規(guī)的河道斷面測量方式主要有經(jīng)緯儀交會(huì)法、經(jīng)緯儀視距法和測距儀斜距法等方法,水深測量方式主要有測深桿法、測量錘法和回聲測深儀法等方法,但上述幾種方

2、式不僅受儀器精度、距離、天氣、通視及通訊等條件限制,工作效率低下。尤其斷面水深測量,由于受水流、測量船體的非線性運(yùn)動(dòng)以及測量人員的熟練及配合等因素的影響,斷面點(diǎn)定位精度不高。上述幾項(xiàng)因素都嚴(yán)重影響河道斷面測量的質(zhì)量,尤其在河道疏浚工程測量中,利用斷面數(shù)據(jù)很難準(zhǔn)確計(jì)算疏浚的工程量。隨著全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和在工程測量中的應(yīng)用,利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS(RTK)和數(shù)字式測深儀進(jìn)行河道斷面水深測量,提高了水下斷面點(diǎn)測量的精度和進(jìn)度。1. RTK工作原理實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)R T K定位即基于載波相位進(jìn)行實(shí)時(shí)差分解算的一項(xiàng)技術(shù) ,精度可達(dá)厘米級 。RT K定位系統(tǒng)同時(shí)使用兩臺 (或兩臺以上) G PS 

3、 接收機(jī)進(jìn)行測量 , 由于同時(shí)工作的相鄰的兩臺G PS  接收機(jī)的信號具有共同的誤差特性 , 在差分解算的過程中 ,這些公共誤差將被抵消 , 最后可得到具有較高精度的兩臺GPS 接收機(jī)之間的相對坐標(biāo)。R T K作業(yè)中 , 通常有一臺G PS接收機(jī)架設(shè)于已知站 , 固定不動(dòng)(稱為基準(zhǔn)站) , 另一臺GPS 接收機(jī)作為未知站 , 以流動(dòng)方式放置(稱為流動(dòng)站) 。 基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)觀測一組相同的衛(wèi)星 ,基準(zhǔn)站將觀測到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈傳送到流動(dòng)站 , 流動(dòng)站將該數(shù)據(jù)與本身觀測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行差分解算, 從而得到流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間的具有較高精度的相對位置 , 解算出流動(dòng)站所在位置的三維坐標(biāo)并實(shí)時(shí)

4、存儲和輸出 。一般組成基準(zhǔn)站主要設(shè)備有G PS 接收機(jī)天線,數(shù)據(jù)采集器,發(fā)射電臺等, 流動(dòng)站主要設(shè)備有GPS 接收機(jī)天線, 數(shù)據(jù)采集器, 能接收基準(zhǔn)站發(fā)射的數(shù)據(jù)鏈的接收電臺 , 數(shù)據(jù)處理手簿和數(shù)據(jù)處理軟件等。2. RTK 在河道斷面測量中的實(shí)施2. 1  工程概述及測量的設(shè)備根據(jù)河道整治工作的需要, 對河道縱、橫斷面進(jìn)行了測量。該段河道總長約12 0 km , 平均水面寬度約 600 m左右 ,水深 810m ,河灘地內(nèi)防浪林比較稠密 , 通視條件較差,如用傳統(tǒng)的斷面測量方法 , 工作難度較大, 成果精度和測量工期都難以保證 , 基于上述原因 , 我們采用了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)G PS (R T

5、 K)數(shù)字式測深儀的方法來實(shí)施本次測量工作。該設(shè)備由美國 T rimble公司生產(chǎn) 。儀器平面定位標(biāo)稱精度:1 0 mm + lppm · D ,高程標(biāo)稱精度 : 20 mm+1p p m · D  :無錫生產(chǎn)的SHD 一 13 D  數(shù)字式測深儀1 臺 ,便攜式電腦一臺 ,中海達(dá)公司開發(fā)的水下測量及導(dǎo)航軟件一套, 以上設(shè)備用電由一臺0 . 7 5k w 汽油發(fā)電機(jī)提供。2. 2 斷面測量準(zhǔn)備由于Trimble 4700型RTK作業(yè)最佳半徑約為10 km的距離 ,所以我們首先沿大堤每約10 km左右布設(shè)了一組四等靜態(tài) GPS控制網(wǎng) , 所有四等GPS 點(diǎn)

6、都選埋在遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射臺和視場開闊且交通便利的地方, 以利于RTK數(shù)據(jù)鏈的發(fā)射和接收 。為了便于基準(zhǔn)站的三維成果引用 , 四等 GPS 控制點(diǎn)高程均用四等幾何水準(zhǔn)測量。由于河道較寬 ,便于控制斷面方向近似垂直河道和斷面間距的要求, 我們首先利用干流 1 : 5 000地形圖 , 進(jìn)行了斷面位置的初步設(shè)計(jì) , 然后再到野外進(jìn)行斷面基點(diǎn)位置的選埋 ,每條斷面布設(shè)斷面基點(diǎn)兩個(gè) , 分別布設(shè)于河左、 右堤頂, 最后完成基點(diǎn)坐標(biāo)及高程的測量。將每條斷面的兩個(gè)基點(diǎn)的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)人計(jì)算機(jī) , 在中海達(dá)海洋測量軟件上完成斷面航線的定向 ,每條斷面布一條航線。2.3  斷面數(shù)據(jù)野外采集將基準(zhǔn)站架設(shè)

7、于四等G PS 控制點(diǎn), 流動(dòng)站和數(shù)字式測深儀固定在測量船 , 由于流動(dòng)站GPS 接收機(jī)天線和測深儀換能器的平面位置不完全一致,精確量出其二者的關(guān)系 ,將數(shù)據(jù)輸人海洋測量軟件進(jìn)行點(diǎn)位校正 , 確保定位和測深的同步性 。測深儀和 R T K采集的數(shù)據(jù)通過一個(gè)串口適配器連接到計(jì)算機(jī),測深儀處于連續(xù)測量 , R T K處于實(shí)時(shí)跟蹤狀態(tài) 。數(shù)據(jù)采樣格式可按時(shí)間間隔、距離和手動(dòng)采集三種模式設(shè)置 。 考慮到船速的不穩(wěn)定性, 采用按距離大小來定位采集,每隔3 m 同時(shí)采集一個(gè)水深和 RT K定位數(shù)據(jù) ,每一航線完成后形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)文本格式文件 , 其包括定位數(shù)據(jù)和水深數(shù)據(jù)兩部分 ; 同時(shí)對于每一條航線的靜態(tài)水

8、邊高程進(jìn)行聯(lián)測并記錄入冊 。 測量船在行駛過程中 , 其方向和位置可在計(jì)算機(jī)顯視器上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控 , 以保證航線和測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。2.4斷面數(shù)據(jù)成果整理將R T K 采集的斷面點(diǎn)數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)人計(jì)算機(jī)內(nèi)某一文本處理軟件 (例如Microsft  excel  ) , 自編一些計(jì)算公式或程序 ,計(jì)算出每一斷面點(diǎn)距斷面基點(diǎn)的平距以及該點(diǎn)高程 。 由于在進(jìn)行水下測量時(shí) , 受水流速和水中懸浮物以及測深儀自身原因等外部因素影響 , 可能存在一些水深信號漂移的點(diǎn)位 , 此時(shí)應(yīng)進(jìn)行剔除 ; 對于水深有疑問的點(diǎn)位 , 也應(yīng)對照側(cè)深儀記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)的校核和對比 , 對于不能滿足精度的斷面

9、航線要查明原因并及時(shí)補(bǔ)測 。斷面數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換完成并經(jīng)校核無誤后即可轉(zhuǎn)人斷面圖生成軟件進(jìn)行斷面圖的成果輸出。3.結(jié)束語利用本系統(tǒng)進(jìn)行河道斷面測量 , 由于其數(shù)據(jù)的采集和處理由系統(tǒng)和軟件自動(dòng)完成, 避免了其它測量方法中記錄、計(jì)算、繪圖等大量內(nèi)業(yè)工作和發(fā)生錯(cuò)誤的可能 , 實(shí)現(xiàn)了測繪生產(chǎn)的自動(dòng)化和數(shù)字化。 同時(shí)由于RTK 定位精度較高, 定位和水深測量同步、同位, 極大地提高了斷面測量的精度 。再者 , RTK + 數(shù)字式測深儀應(yīng)用于河道斷面測量,其不受通視、天氣等外界條件干擾 , 可實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè) , 極大地提高了工作效率 。但是 , RTK 在當(dāng)前的技術(shù)條件下 , 其數(shù)據(jù)鏈穩(wěn)定性還比較薄弱 ,同時(shí) , 影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蛩剡€比較多 ,如地形、強(qiáng)電磁場環(huán)境、大面積反射體和電臺質(zhì)量 。 因此 , 在工作應(yīng)注意避免這些不利因素的影響 。 同時(shí)在進(jìn)行水下作業(yè)前 GPS 基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的接收機(jī)和測深儀的各種參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確無誤