浅析GPS RTK技术在水利工程测量中的应用

郭海年

摘要：从GPS RTK的原理和特点入手，以水利工程渠道工程以及土地整理规划工程测量为例，就GPS RTK在农田水利工程的测量应用进行研究，以此提升我国农田水利工程建设的效率。

关键词：GPS RTK技术；水利工程；测量；应用

随着社会经济的不断发展，河道开发及利用的多元化，河道地形测量在河道建设前期设计、施工及后期的养护方面就愈加显得重要。河道地形测量提供的断面图及水下地形图不仅可以作为水利建设部门河道设计及施工的依据，还可以作为水利管理部门日常监测河道变化的重要资料来源，可以有效监测河床处于淤积、冲刷还是正常状态。因此，正确的断面图及水下地形图就显得十分重要，而传统的河道测量技术无法应对愈加复杂的河道环境，此时依靠高精度GPS定位及回声测深技术的GPS RTK技术应运而生，符合了社会的发展，从而广泛运用于水利工程测量之中。

GPSRTK系统主要由3部分组成，分别为基准站、流动站及通讯系统。其中，基准站能够同时进行跟踪载波相位测量以及测站状态的发射工作包括测站的坐标、观测值、卫星跟踪状态和收机工作状态等。流动站能够同时实现对GPS卫星信號进行载波相位观测以及基准站相关信息的接收，从而及时得出相对于基准站点的基线向量，并利用已知设置的转换参数及投影方法，对流动站地方坐标进行计算。GPS RTK技术的工作原理是利用基准站和移动站的设置，实现5颗以下卫星的接收，从而进行载波相位观测。具体工作原理如图1所示。

一、GPS-RIK技术的特点

GPS-RTK技术与传统的测绘技术相比较，具有非常明显的优势，一方面，GPS.RTK技术不仅测量定位准确，数据结果准确同时误差率较低，所以通过GPS定位的应用，能够极大提高测绘工程质量，另外，在GPS与RTK技术相结合的过程中，能够将数据采集和数据传输，以及数据处理实现全程自动化，有效地减少了测绘人员的工程量，并且能够减少人为因素导致的测绘结果存在的误差，同时，利用GPS-RTK技术能够针对人员无法涉及到的区域进行全面的测量，从而减轻测绘人员的工作负担，避免发生安全隐患，应用GPS-RTK技术的过程中，很容易受到卫星环境等因素的影响，所以必须要加强对于这些干扰因素的管理。在应用GPS测绘技术对工程进行测量的过程中，可以通过以下三点，了解其精准度。第一，GPS定位系统在定位的过程中，主要依靠空间的卫星群，在定位的过程中其在能够连接多个测量卫星，完成数据收集。随着科技的不断发展，在使用GPS定位系统进行数据收集的过程中，能够连接多个系统，提高了数据的准确性。第二，在使用GPS测绘技术的过程中，由于其本身具有一定的精准性，在对数据进行测量的过程中，其存在的误差都保持在毫米之内，应用GPS测绘技术对工程进行测量时，其能够发挥自身的特性，保持毫米之内的误差。第三，由于GPS定位系统能够对位置进行实时定位，在使用其进行工程测量工作时，能够对动态的数据进行实时检测，保障了数据的准确性。通过以上三个方面对GPS测绘技术精准度方面进行讨论，了解到在使用GPS测绘技术对工程进行测量的过程中，能够保障工程的准确性。在使用GPS测绘技术对工程进行测量的过程中，可以通过以下两个方面，了解其具有操作简单的特点。

二、具体应用

（一）在水利工程渠道工程中的应用实例

以某水利渠道工程为例，采用GPS-RTK技术对其沟渠进行测量。该项水利工程规划总占地面积约为5.2km2，其中横断面积约为56km2，纵断面积约为45km2。在测量工作中，主要针对渠道的排水干沟、斗渠、农渠和田问道等进行测量。具体测量要求：对道路与沟渠的纵、横断面进行测量；当横断面为30m/个时，需对地貌变化区域内进行加密。该水利项目在测量工作过程中，应用GPS接收机共3台，全站仪共2台，相关施工作业小组为2个。具体GPS-RTK测量技术过程及测量情况如下。第一，在测量区域内，采用6个同时具有分布均匀以及基本包围条件的E极点，以此作为转换参数，并选用余下的E点作为检测依据开展参数转换工作，再通过4参数法确定平面坐标转换参数，借助二次曲面拟合法确立高程转换参数。第二，在该测量项目的区域范围内，架设基站的地点选择宽敞及地势高的地方，然后在已知的点位架设流动站，并在测量过程中利用已知点进行平面坐标和高度的观测精度检验依据。第三，GPS-RTK测量工作选择最佳时段进行，在流动站中针对几秒内能够达到固定解时的数据开展采集工作，并且根据实际情况增加合理的采集次数，进而在很大程度上提高观察精确度。

（二）移动站设置

在流动站上安置GPS接收机进入运行状态后，会收到来自基准站电台发射的信号，这时移动站就可以进入正常的测量状态。打开控制手簿，新建工程，对所有工程信息进行如实填写。（1）坐标系统及高程系统的确定结合已知点的BJ54坐标与现场GPS采集的WGS-84经纬度坐标，在控制手簿上进行坐标转换参数计算，利用3个以上的控制点计算即可得出布尔莎七参数。再与已知点的坐标进行比对，如符合精度要求，输入参数后，GPS-RTK控制器即可测出定位点的独立坐标；如不符合，则需重新计算。（2）中央子午线的确定依据建立独立坐标系统的要求，选用任意高斯三度带投影建立坐标，中央子午线经度选择为120°。（3）流动站的测量待坐标系统与中央子午线都确定，移动站定位后是固定解，即可对测区进行局部和河道断面等测量工作。

（三）水下地形测量

在进行水下地形测量时，在完成基准站和移动站设置后，还要配合测深仪使用，移动站GPS天线与测深仪相连接。在GPS天线与测深仪相连接之后，需对测深仪进行参数设置，包括GPS天线高设置、测量参数设置、断面线导入及校正参数等。在测深仪设置完毕，GPS对测量船进行定位后，可以先进行试测，随机选取几个点用测深仪进行测量，同时用传统的测杆进行测量，相互比较。试测合格后就可以按着GPS的指导沿着断面线进行测量，高程点按照间隔1m进行采集。但由于测深仪安装在船只上，易受到风浪和水流的作用，船只很难完全按照设计断面线笔直行走，实际上船只的航迹分布在断面线的两侧。当偏差不大且在规定范围内时，可选用这些测点作为数据；如果航迹偏差过大，则要重新测量。对于水面较宽水深较深的河流使用测深仪较为方便，而对于水深较浅及靠近岸边的河段，使用测杆、测绳及测锤等方法可以更为安全便捷地获得水深数据，再利用GPS-RTK技术即可获得测点的坐标信息，最终即可获得测点的水底高程。

三、结束语

传统测量手段已经无法应用于当前农田水利工程的测量工作中。对GPS RTK技术的基本原理及技术特点进行阐述，该技术十分适用于当前农田水利工程的测量工作。分析了对GPS RTK技术在水利工程渠道工程以及土地整理规划工程测量中的应用，期望对基于GPS RTK的农田水利工程测量研究工作起到有效促进作用，从而改进我国农田水利工程的测量工作。