浅谈水利工程测量中RTK技术的应用

杨琦明

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110006)



浅谈水利工程测量中RTK技术的应用

杨琦明

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110006)

文章介绍了RTK技术的概念及基本工作原理，探讨了RTK技术在水利工程测量中平面控制测量、水库库区淹没界线界桩测量、水下测量、纵横断面测量中的具体应用，并将该方法与传统水利工程测量方法进行比较，得出RTK技术所具有的精度高、质量好、减少外业劳动强度、效率提升明显等优点。最后对RTK技术的不足加以总结，以及其在水利工程测量中未来的发展进行了展望。

RTK；平面控制测量；界桩测量；水下测量；纵横断面测量

在水利工程中测量工作先行于施工建设，工程建设的质量、安全及其功能都受到测量准确度和精度的直接影响。随着社会的发展，当代水利工程规模日益扩大，同时对施工技术的精度和进度的要求也更加严苛，因此在水利测量中引入新方法、新技术、新仪器也是势在必行。本文提及的RTK技术是一种依托于全球定位系统技术发展而来的高精度、实时高效的新技术。RTK(Real-time kinematic)全称为实时动态差分法，之前的一些GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量等都需要内业数据解算处理才能获得厘米级的精度，而RTK技术是能够在野外测量的同时实时取得厘米级定位精度的测量方法，该方法为工程测量、点线放样、地形测图，以及控制测量带来了极大的便利，提高了外业效率[1]。

1 RTK的工作原理

GPS-RTK测量技术既具有实时动态性,可以实时提供指定坐标系中测量点的平面及高程坐标，又保证了GPS测量原有的高精度特点，达到了厘米级精度。其基本工作原理可简单描述为：将一台接收机设置在已知点上作为参考站，另外一台或数台接收机放置在待测点上称其为流动站，参考站与流动站同步采集卫星数据，参考站在接收卫星信号并进行处理的同时通过数据链将其观测值、卫星跟踪状态和测站坐标信息一并传输给流动站；流动站将接受到的卫星信号与通过数据链接收到来自参考站的数据组成差分观测值进行实时处理，实时计算出待测点的平面、高程坐标及其精度，并将实测精度与预设精度进行比较，当精度满足要求后即可进行待测点的测量工作[2]。

RTK测量方法的整个过程都是在GPS系统中的WGS-84坐标系统下进行的，因此需要将其测量结果转换成工程中经常使用的坐标系统成果才能为我们所使用。RTK测量方法通常采用同一组控制点求得WGS-84与目标坐标系统之间的转换参数，从而实现RTK测量方法从WGS-84到任意坐标系间的转换。

2 RTK技术在水利工程测量中的应用

2.1 RTK技术在水利工程平面控制测量中的应用

水利工程中的控制网布设范围大,多山多水,地形复杂,采用三角测量、导线测量等传统控制测量方法时往往会受到外部因素的影响，如库区多雨多雾、控制点间不通视、山区交通不便利等，不仅费时费力，还往往达不到理想效果。较新的控制测量方法如GPS静态测量、GPS快速静态测量，虽然不需要控制点间通视，气候适应能力较强，但这些方法无法满足实时测量要求，仍须要进行内业处理工作，如果数据达不到技术要求还须返工重新测量。

采用RTK测量方法进行平面控制测量时可以实时定位，且精度可知。这样在大大提高了作业效率的同时，也有效降低了作业成本。

2.2 RTK技术在水库库区淹没界线界桩测量中的应用

测设水库淹没界线的目的，在于调查与计算由于水库的形成，需要迁移居民、清理库底、拆除建筑物所引起的各种赔偿，以及规划新居民点、确定防护界线和规划水库边缘的土地利用等[3]。

传统的界桩测量方法多通过三角测量、水准测量等方法将淹没线放样于实地。尽管这种方法十分直观，但由于水库库区往往处于地形起伏剧烈的山区，三角测量的通视条件很难满足，而湿地、沼泽、水洼地等，土地非常泥泞，植被茂盛，交通十分不便，很难选出水准路线，导致测量效率低下，且不能成图，现今已基本不予采用。航空摄影测量法与遥感影像分析法均可以减少较多的外业工作，但由于界线测量没有通过所在地有关人员的参与与确认，容易出现纠纷情况，且当库区面积较小时，成本会很高。

采用RTK测量方法进行界桩测量时，由所在地相关人员参与，现场提供数据用以确认，有效避免纠纷的产生，同时较传统测量方法也更加快速、经济，精度较高，是较为可行的测量方法。

2.3 RTK技术在水下测量中的应用

水下地形测量作为测绘科学技术的重要组成部分，是海道测量、河流、湖泊测量的主要内容[4]。水下地形测量的工作主要分为定位和测深。传统的定位方法有经纬仪前方交会定位、后方交会定位、全站仪定位等方法。前方交会需要定位点和两个已知点进行通讯联系，如果测区水流速较快，则对定位精度影响较大；后方交会需要在陆地上布置至少3个已知点，定位要求较高；全站仪定位要求全站仪架设在已知点上，这就导致以上方法都要求定位点与已知点满足通视要求，使使用以上方法时作用距离短、范围小，定位精度随着距离增加而降低。相比传统的定位方法，RTK技术无需满足两点间通视要求，受能见度、季节、气候等因素影响小；定位精度高，数据实时可见，在作业范围内误差分布均匀；作业效率高，大大减少了测量仪器的搬站次数及所需控制点数量，RTK测深原理如图1。

图1 RTK配合测深仪原理

2.4 RTK技术在水利工程纵横断面测量中的应用

采用RTK技术进行纵横断面测量时，每台流动站仅需一人即可完成断面中中间点的平面以及高程测量工作，极大地解放了人力物力，同时也降低了测量人员的劳动强度，作业效率明显提升。

3 RTK技术在某城市水源上移工程中的应用

3.1 工程概况

工程测区位于城市东部，引水隧洞起自中朝边界鸭绿江，终于市区元宝山净水厂，线路全长约25 km，穿越了城市三分之一的城区，建筑物密集；其他地区位于山区，山高林密，交通极其不便；取水头部位于鸭绿江中，正值丰水期，水流湍急，以上情况给本次地形图测量工作带来很大困难。

3.2 确定转换参数

由于本工程地形图要求坐标系统为1954年北京坐标系统，而GPS采用的是WGS84坐标系统，因此须要进行转换参数的设置。本次测量选取了辽宁省地理信息测绘局提供的辽宁省C级GPS网成果中的4个已知点作为转换参数控制点。这4个已知点均匀分布在测区周围并对整个测区进行了覆盖，利用已知点的两套坐标值得出了转换参数。

3.3 RTK测量步骤

在已知点上架设好基准站，确定基准站工作正常。基准站架设完成后对流动站进行设置，确定流动站的工作模式与基准站相同，当流动站获取到固定解，满足测量精度后开始进行地形图的测量工作。

3.4 精度分析

为满足测量精度，在不同时间段分批多次对已知点进行了RTK测量，部分测量坐标与已知坐标比较见表1，与全站仪测量点的坐标比较见表2。

表1 测量坐标与已知点坐标比较表

表2 RTK测量坐标与全站仪测量坐标比较表

由此可见RTK测量无论是与已知点的坐标较差还是与全站仪观测坐标较差皆低于相关测量规范要求，因此RTK技术的测量精度能很好地满足工程测量精度要求[5]。

4 结 语

将RTK技术引入水利工程测量中后，可以极大地降低测量人员的外业劳动强度，减少外业作业人员数量和外业时间。相比传统测量方法，RTK技术的效率可以提高数倍，实现了外业的自动化、智能化。RTK技术会在水利工程前期勘测，工程的施工以及后期变形监测、管理工作中发挥极大的作用。

[1] 王毅明,钟金宁,黄志洲.GPS RTK测量技术的应用于体会[J]. 现代测绘,2003,26(2):28-29.

[2] 闫志刚,张兆龙,赵晓虎.GPS RTK作业模式原理及其实用技术[J]. 四川测绘.2001,24 (2):66-69.

[3] 伍小华,杨玉光,张世越. GPS实时动态RTK测量技术及在水库测量中的应用[J]. 城市建设理论研究(电子版)，2011(24).

[4] 李俊,黄永.GPSRTK技术在水下地形测量中的应用[J]. 水电能源科学，2008(1):88-89.

[5] 臧朕,吴迪,张丽.RTK特征分析及未来应用展望[J]. 科技视界,2014(23):371-372.

Discussion on the application of RTK technology in hydraulic engineering survey

YANG Qiming

(InvestigationandDesignInstituteofWaterResourcesandHydropowerLiaoningProvince,Shenyang110006,China)

This paper introduced the concept and principle of RTK technology,and discussed on the application of RTK in horizontal control survey,reservoir region submerged boundary survey,underwater measurement and vertical and cross section survey.Compares with traditional hydraulic engineering measurement method,the RTK technology has the following advantages:high precision, good quality, low field intensity of labor, high efficiency.Finally, summarized the deficiency of the RTK technology,and prospected the future development of the RTK technology in hydrographic engineering survey.

RTK;horizontal control survey; submerged boundary survey; underwater measurement;vertical and cross section survey

杨琦明(1985-)，男，工程师，主要从事GPS应用的研究工作。

TV221

A

2096-0506(2016)10-0038-04