RTK技术在农田水利工程中的应用

2010-04-08张兴波刘作慧

黑龙江水利科技 2010年5期

张兴波，刘作慧

（1.绥滨县水利勘测设计队，黑龙江绥滨 156200;2.虎林市石头河灌区管理站，黑龙江虎林 158404）

1 引言

以往县域农田水利渠道设计开挖、清淤采用传统的手段，外业利用水准仪测量渠道断面的地形点，内业计算再绘制方格网纸进行断面设计，这样从外业成果到内业不仅工时长，涉及作业人员多，且效率小。RTK技术在水利工程中的应用与计算机的普及，使得传统作业模式得到革新，工作效率极大提高。

2 RTK技术工作原理

RTK是实时动态测量，其工作原理可分为两部分：

2.1 实时载波相位差分

利用GPS进行定位时，会受到各种各样因素的影响，为了消除这些误差源，必须使用两台以上的GPS接收机同步工作。GPS静态测量的方法是各个接收机独立观测，然后用后处理软件进行差分解算。那么对于RTK测量来说，仍然是差分解算，只不过是实时的差分计算。也就是说，两台接收机（1台基准站，1台流动站）都在观测卫星数据，同时，基准站通过其发射电台把所接收的载波相位信号（或载波相位差分改正信号）发射出去;那么，流动站在接收卫星信号的同时也通过其接收电台接收基准站的电台信号;在这两信号的基础上，流动站上的固化软件就可以实现差分计算，从而精确地定出基准站与流动站的空间相对位置关系。在这一过程中，由于观测条件、信号源等的影响会有误差，即为仪器标定误差，一般为平面1cm+1ppm，高程2cm+1ppm。

2.2 坐标转换

空间相对位置关系不是用户要的最终值，因此还有一步工作就是把空间相对位置关系纳入用户需要的坐标系中。GPS直接反映的是WGS-84坐标，而平时用的则是北京54坐标系或西安80坐标系，所以要通过坐标转换把GPS的观测成果变成需要的坐标。这个工作有多种模型可以实现，南方的软件采用的是平面与高程分开转换，平面坐标转换采用先将GPS测得成果投影成平面坐标，再用已知控制点计算二维相似变换的四参数，高程则采用平面拟合或二次曲面拟合模型，利用已知水准点计算出该测区的待测点的高程异常，从而求出他们的高程。

3 RTK技术在渠道测量中的优点

1）工作效率高。传统测量一段渠道横断面需要4～5人完成，而使用RTK一人即可胜任。在信号条件好的情况下，作业半径在5 km范围，适时定位采集数据，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了工作效率。

2）数据安全可靠，没有误差积累。

3）作业条件宽松。RTK技术受通视、天气、季节等因素的限制小，只要满足设备的基本工作条件就能进行快速定位作业。设备操作简易，易于使用。

4 断面数据处理

在进行渠道断面设计时需要的点与点格式多为距离、高程，RTK采集地形点保存的格式为三维坐标格式，如下所示：

a21，，712259.307，5284749.241，52.904

a22，，712268.713，5284746.725，51.604

a23，，712282.038，5284744.54，50.604

我们应用纵横断面数据处理软件将采集的RTK断面数据转换为水利部门要求的常规格式：

0+000 ，5 ，2 ，0，54.88，1.62，54.69

0+200 ，6 ，3 ，0，54.63，1.45，54.67

5 断面设计

依据外业断面测量数据成果，利用计算机软件绘制断面现状图，设计人员根据水利要素，如设计渠道顶高程、水位、沟底、坡比等要素，绘制标准断面，即可得到渠道填挖土方等工作量，实现内外业一体化。

6 RTK高程精度的控制

远离城市、水利工程基础测绘数据薄弱，等级平面与高程控制点匮乏，很多偏远区域难以达到RTK精度拟合条件。针对水利特有的工作特点，为更好地发挥现代化技术，在高程精度方面，我们经过实践得到一定经验：①缩小作业半径，一般控制在5 km范围;②纵断仍采用精密水准施测，控制线路精度，在控制范围内进行点高程校核。实践证明，这一方法对提高工作质量有着积极作用。