三角测量在水利工程测量中的应用研究

2015-11-26包德高辽宁省水利水电勘测设计研究院

河南水利与南水北调 2015年20期

□包德高（辽宁省水利水电勘测设计研究院）

0 前言

在当今的水利工程领域中，随着社会生产力不断的发展，GPS这种技术也在此领域中开始大大的推广使用了，但是这项技术也不是完美的。通过使用三角测量，可以弥补一些GPS所受的限制，保证精度的要求。

1 G PS的发展现状

GPS这种全球定位技术是美国研发的一种导航系统，它的特点就是全球连续实时定位，可以为有需求的用户们提供相当精准的定位，包括所需的坐标、速度等相关的信息。GPS定位技术包括以下两方面：一是单点的定位，二是相对的测地的定位。一般情况下，前者是主要的应用方式。GPS主要由两个部分组成的，一个是空间卫星群，另一个是地面监控系统。空间的卫星群一般在6个轨道是均匀分布的，它的轨道和赤道之间的倾角大约55°左右，这样的分布可以保证成功的接收4到11个GPS卫星发出的信号。

RTK技术是一种实时的动态定位技术，这种技术是载波相位动态实时差分技术的简称。它是根据载波相位的观测值来进行的，它可以不间断地为用户提供所测的站点在指定的三维坐标的定位结果，其相应的精度要求也可以达到厘米级，具体要求见表1。在这种技术的作业模式下，基准站是通过无线电的数据链条把它所观测的结果和测站的坐标信息一并发送给流动站。而流动站不但可以接收基准站的载波相位信息，还接收通过GPS卫星传输的相应载波相位信息，并组成相位差分观测值从而进行实时的定位。载波相位差分GPS可以分成两种类别：一个是基准站把载波的相位修正量发送给所需的用户站，从而改正相应的载波相位，进而可以求解坐标；另一个方面就是把基准站所采集的载波相位发送给所需的用户进行求差，从而进一步的解算坐标。事实上，第一种类别是属于准RTK技术，而第二种类别才是真正的RTK技术。如果想要取得高精度的实时动态坐标，RTK仪器现在一般采用的是载波相位差分进行测量。而在进行载波相位差分测量的关键一点是要求进行取整周模糊度。

表1 G PS测量基本要求表

2 G PSR TK缺陷

随着国家经济社会的发展，我国水利工程也有了很好的发展机遇，给水利勘察和设计提出了更高的要求伴随相关领域软件技术和硬件设备的发展，这个行业也开始逐渐的CAD化，为后期一系列相关的工作提供了便利，包括勘察、设计施工和管理等。RTK(Real Time Kinematic)技术是载波相位动态实时差分技术的简称，它具有高效率的实时动态，定位技术，可以在作业现场提供经过检验的测量成果，而且可以在保证精度的状态下，摆脱后处理的负担和外业返工的困扰。但目前情况下，实际的测量工作仍然使用比较多的是全站仪，容易受到各方面因素的影响，如强度大、效率低、周期长等相关因素，勘察领域中引入GPS这种技术就非常必要了。然而GPS刚刚应用，需深入推广。另外，这也与卫星的信号质量有密切关联。众所周知，一般卫星的信号在穿越大气层的时候，都会受到电离层、对流层的影响，如电离层的折射、对流层的延迟的影响等，这些因素都会使卫星信号的质量受到或多或少的干扰，进而影响到卫星信号的传输质量，在这样的情况下，一些地区就会因此而不能使用RTK进行测量。一般情况，在GPSRTK的整个定位的过程当中，误差的来源一般分为以下3类：第一类误差主要是由于用户的接收机是公有的，这样就可能导致类似于卫星钟误差、星力误差、传播的延迟误差等这样的误差情况，第二类误差主要来源于每一个用户的设备都是固有的，它可能带来如下误差，如内部的噪声、信号被干扰、气象条件的影响误差，接收机位置带来的误差，坐标系统的转换带来的误差等等。第三类误差来源于基准转换的误差。例如，已知的控制点可能存在误差，坐标系统转换的误差，大地水准面差距的内插误差等，考虑到这项技术可能会受到区域性的大地水准面精度、坐标系统不一致等多方面的影响，GPS RTK的高程精度就一直被认为是不可靠的。鉴于上述原因，这项技术在我国的高程精度测量工作中就很少被采用。如果需要用到本地区的参考椭球面来作为基准，还需要考虑到在本地的椭球面和WGS-84椭球面之间所存在的差异，这是考虑到GPSRTK这项技术所测得的是以WGS-84椭球面作为基准的大地高，因此说需要对两个椭球面之间的高程异常差来进行考虑。

3 三角测量的优势

基于上述关于GPS的一些缺陷所在，三角测量的优势就体现出来了，由于三角测量被人所熟知，并且这项技术的操作也较为简单，所受的限制也较少，尤其是精密三角测量。精密三角测量使用的是两台精度相当高的智能全站仪，并且也进行了改进，可以做到双向观测，减少了大气折射等带来的不利影响，RTK技术主要是根据所载波相位观测值来进行实时差分的。它是这个领域的一个新突破。众所周知，不管是静态方式的定位，还是准动态方式的一个定位模式，如果数据处理的速度滞后了，不能够实时的计算出定位的结果，同时也无法对数据进行检核，这样就很难保证数据的有效性了。然而日常工作中，误差引起结果的不合格导致返工的事情常有发生。想要解决这个问题，就需要延长观测的时间，从而保证所测量数据的可靠程度，但是这样会影响到测量的工作效率。

PTK系统一般情况下包括两种定位模式，一种是快速的静态定位，还有一种就是动态定位。这两种模式的相互结合使用在水利工程中更加完美。首先，对于第一种定位方式，要求GPS静止观测，同时要接收卫星的同步数据，进而可以保证实时求出所需的三维坐标。一旦求出的坐标稳定，并且符合精度方面的要求，就可以结束观测了。一般的控制测量采用的是控制网加密，但是如果采用常规的测量方法，容易受到天气的影响，恶劣的环境下是难以顺利实施的，但是采用PTK系统，就可以获得很好的效果。一般情况下定位一点的时间仅为5～10 min。随着国家科技水平的进一步提高，这种技术也会随着提高，所需的时间也会进一步缩短。那么在水利工程领域就可以用来替代全站仪进行测量。RTK这项技术测量可以做到快速定位，同时也可以实时掌握其结果。在进行测量时，第一步是根据地形来估量，然后就可以形成数字化的管道地形图。对于采集地形点，完全可以一个人完成，这样既节省时间更节约人力。尽管这项技术和传统的方法相比，优势较多，但是它也有劣势所在，其一，受卫星的影响，在一些树木众多、深林茂密的地区，卫星信号就会被遮盖，从而受到影响，这样就会使得这些地区的定位受到影响，产生一些假定位的现象；其二，卫星信号穿越大气层时，受到对流层等干扰影响，这样就导致一些地区不能够使用这项技术。