GPS-RTK技术在河道横断面测量中的新探索

杜玉河 孔红梅

河道横断面是河道勘测设计的一项主要内容，是设计土方量和河道中心线等工作的主要依据，此项工作不但任务重，而且测量复杂程度也较高。传统的全站测量方法不但精度低，方位偏离也较大。随着GPS-RTK的出现，我们利用其线放样功能，创新了一种新的测量方法(我们可以命名为线放样测量法)，这种方法不仅测量精度高、速度快，而且极大的减轻了工作量，为后期的设计工作提供了更好的测量成果。

1 传统的河道横断面测量方法

传统的测量方法大都为:钢尺量距，水准测桩高，全站仪测断面。首先，利用钢尺从河道起点拉距离打桩，根据设计要求50 m或100 m一个断面，把桩尽可能的打在通视较好的大堤上，以便于全站仪观测;然后，用水准仪联测所有桩号，平差出所有桩号的高程;最后，用全站仪架设在中桩上，肉眼估出垂直河道中心线的方向，对其实施测量。根据全站仪测量成果，提取出断面上的平距和高程。这种方法的缺点:

1)断面位置:根据钢尺量距打桩，如果钢尺走向不平行于河道中心线或处在河道的拐弯处，其桩号和实际桩号误差在米级以上，而且从河道起点到终点误差在叠加，在10 km的河道上，终点桩号差值可能达到几十米;

2)方位偏离大:在实际测量中，断面方向不可能垂直河道中心线，一旦定了测量方向，其方位偏差从仪器位置到远处是线性增加的，其偏差肯定在米级以上;

3)测量精度低:由于存在着断面位置偏差和方位偏差，其测量成果不能正确反映实际地形，为后期设计工作带来不便;

4)工作量重:全站仪测量人员安排一般为1名观测、1名记录、2名跑杆，而且在地形条件较为复杂(山势陡峭、树林茂密、障碍物阻挡)的环境下测量，有时测量一个横断面要搬几次仪器，明显降低了测量进度。

2 GPS-RTK在横断面测量中的可行性分析

GPS-RTK测量技术以其精度高、速度快、全天候等诸多优点，已经是当今测量领域的主要作业模式，把其技术应用到横断面测量，对断面测量也是一次技术革新。在河道勘测设计中，一般都是先测地形图，在地形图上设计横断面，提取横断面的起点和终点坐标，作为断面线的起点和终点;在GPS的线放样功能中，对所测的断面进行放样，在放样线上进行断面上特种点的测量。

2.1 GPS-RTK测量精度分析

下面是仪器标称精度，RTK测量是实时的差分计算。也就是说，两台接收机(一台基准站，一台流动站)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;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1 cm+1 ppm，高程2 cm+1 ppm。

2.2 工程测量规范要求

根据工程测量对断面测量的限差要求可知:

其中，f为检查点至线路中桩的高差，l为检查点至线路中桩的水平距离。通过对限差公式的分析，距离和工程的最高限差为:fh=0.1 m，fs=0.1 m，通过以上的分析，RTK很容易达到此精度。

表1 全站仪和GPS线放样的数据对比分析

3 工程实例

在对临汾境内汾河的勘测设计中，断面测量是一项十分重要的工作。为了提高测量进度，保证测量质量，经过摸索和论证，提出了一种全新的河道测量断面方法。

我们根据现有仪器:南方GPS(1+2模式)和人员 3名，分成两个作业小组，另外一人看基站。操作步骤如下:

1)断面线的数据处理:在CAD中，我们把断面线的起点和终点提取出来，以记事本的格式导入GPS手簿;

2)系统校正，线放样:选择合适的地方架设基站，待基站正常工作后，启动移动站，选择线放样功能，把待测断面生成直线放样，根据系统提示，把移动站放置到断面线的特征点上采集点;

3)测量数据处理:把外业采集的点导入电脑，用 Excel提取出生成断面所需的距离和高程，根据软件对数据格式的要求，整理断面数据;

4)图形生成:在CAD中，导入整理好的断面数据，断面自动生成，然后检查有无异常情况，并根据实际地形做相应处理。

我们对几组断面用全站仪和GPS线放样的数据随机抽取做对比分析，见表1。

在断面线上用该方法测量断面时，主要是在实地放置移动站采集特征点，通过系统提示的偏离距和测量员判定特征点放置仪器测量。

在对20组断面的测量工作中，GPS的测量速度是全站仪的3倍，达到每小时3组～5组断面，极大的提高了作业效率。通过精度的对比发现，GPS的精度远远优于全站仪测量精度。

4 结语

使用GPS-RTK线放样功能测量横断面是一种可行的测量手段，基本不受天气、障碍物等通视条件影响，完全改变了传统测量的作业模式，不仅大大提高了作业效率，测量精度也得到大幅度的提高。

[1] GB/T 18314，全球定位系统(GPS)测量规范[S].

[2] SL 197-97，水利水电工程测量规范[S].

[3] 王风雷，卢清平.GPS-RTK技术在水深测量中的应用[J].山西建筑，2008，34(12):355-356.