干渠渠道断面测量中GPS-RTK技术的应用

刘 云，邹江保

(江西赣禹工程建设有限公司，南昌 330000)

1 工程概况

喀什噶尔灌区位于新疆维吾尔自治区西南部，塔里木盆地西缘，南屏昆仑山，北连西天山，西部为帕米尔高原，东部为塔克拉玛干大沙漠。地理座标E73°26′-78°03′，N37°26′-40°00′之间。喀什噶尔灌区包括克孜河子灌区、盖孜河子灌区及库山河子灌区等三个子灌区。盖孜河东岸输水干渠位于疏附县塔什米里克乡西部，从盖孜河塔什米里克渠首起始，向东北延伸至最终投入盖孜河三道桥渠首上游25km处，全长23.978km。

盖孜河东岸输水干渠(桩号0+000-23+977.6)，渠道23.978km。本标段桩号为0+000-5+800，包括陡坡工程10座、水闸加高工程1座。干渠主要通过党河水库实现引水，并主要承担向喀什噶尔灌区所辖团场供水的任务，是喀什噶尔灌区重要的输水干渠，运行至今，分水闸闸室底板已经出现不同程度的裂缝、混凝土剥蚀和破损，严重威胁分水闸运行的安全性。喀什噶尔河灌区盖孜河东岸输水干渠为土渠，也显现出各种变形、淤积和坍塌，渠道输水能力明显下降，已经难以满足灌区农业生产所需，为此，必须进行干渠渠道防渗改建。

2 断面测量中GPS-RTK技术的应用

喀什噶尔河灌区盖孜河东岸输水干渠防渗改建工程属于省部级重点水利改建工程项目，地形复杂，测量工作量大，如果运用常规性测量仪器则难以保证测量精度和效率，故选用GPS-RTK测量技术，在较短的时间内及恶劣的测量环境下，确保了测量任务的顺利完成。参考站和流动站各设置一台标称精度±0.01m+1ppm、点位精度±0.02m的南方S82-2013测量仪，并通过蓝牙及电子手薄实现流动站的连接，便于数据传输[1]。

2.1 控制网建立

通过GPS静态作业模式在喀什噶尔河灌区盖孜河东岸输水干渠防渗改建工程沿线设立50个测点形成C级GPS网，在地形复杂、测量精度要求较高的特殊区域加设D级补充网。C级网固定误差≤10mm，比例误差≤5ppm，相邻测点距离5-40km；D级网固定误差≤10mm，比例误差≤10ppm，相邻测点距离2-15km。在喀什噶尔河灌区盖孜河东岸输水干渠防渗改建测量区域布设GPS控制网，既要考虑测量仪器加密，也要考虑RTK作业要求。参考站设置的各个点必须适合GPS静态观测。

为保证RTK参考站卫星信息的接受效率和有效作业，参考站各个架设点首先要适合GPS静态观测，还应尽量开阔无遮挡，确保系统持续成功地初始化，参考站和流动站共同跟踪至少4颗卫星信号，并保持必要的几何图形强度。一旦参考站卫星信号接收受到影响，即便流动站观测条件优良，也难以实现对至少4颗卫星信号的同时追踪和所要求的几何图形强度。此外，通过参考站和流动站仪器设备标称精度及测点间高程差进行测点之间距离的确定，测点布设还必须考虑测站间的通视性，排除山体遮挡和信号干扰[2]。

2.2 转换参数的求取

所建立的RTK测量基准必须包括坐标投影参数、实测坐标系统、同WGS-84坐标系转换信息，工程渠道断面测量转换参数主要根据控制点已有的地方坐标系、WGS-84坐标系和相应的求解软件求解，全部求解点必须在测区内均匀分布。由于WGS-84坐标精度高，可以大大节省外业采控的工作量，确定转换参数的高精度性。

2.3 断面施测

在喀什噶尔河灌区盖孜河东岸输水干渠防渗改建工程测区建立控制网时就必须充分考虑C级和D级GPS架设点，数据信息采集通过RTK野外数据信息采集软件包中的剖面测量功能实现，其既能保证测线(图1)铅直性，又能实时反映测量偏差，充分满足渠道断面测量精度要求。干渠改造区域内植被编码、水深等数据点通过RTK地理信息码项进行记录，数据格式按后处理软件要求设置。渠道断面测量过程中只测量和记录测点对应的水面高程和水深，不记录水位。

图1 测线布设情况

2.4 数据处理

RTK配套软件所提取的渠道断面数据并不能直接应用于干渠渠道改造实际，必须对其进行特殊处理，并保证数据输出格式符合要求。喀什噶尔河灌区盖孜河东岸输水干渠防渗改建工程渠道断面测量数据输出格式为：X坐标、Y坐标、H高程、植被和水深编码(植被编码为整数，水深编码为一位数小数)、日期、时间。

2.4.1 横断面数据处理

基于RTK所获取数据的格式和AutoCAD软件平台，采用Visual Lisp开发工具进行RTK横断面数据处理程序设计，先将已有数据(*·TXT)读入内存，根据单位步长确定测点线路行进方向的方位角，并据此及断面宽度设定搜索区域收集外业采样点，将数据由小到大排列后，计算其与测点距离和高差，最终按照预先设定的格式(*·MA2)将结果存入文文章件，实现内外业一体化[3]。

2.4.2 纵断面数据处理

将地形图扫描成图像文件，并用AutoCAD软件纠正图像后为底图，将所设置的纵断面测点在图上标明，绘制河道中心线，其与纵断面测点必定存在偏差，以河道中心线为基面进行纵断面测点在其上的投影，并借助程序计算投影点之间的距离，便可求得纵断面测点里程值。将纵断面测点位置、距离等数据以*·CSV格式调入Excel表格，纵断面测点深泓点高程值通过高程值减除水深值求得。在已有文件中提取同时水位数据并黏贴至水尺工作水位表，能有效防止人为输入误差。纵断面测点里程、深泓点高程、水位三项数据确定后，渠道纵断面测量成果基本确定，在运用AutoCAD软件便可绘制出喀什噶尔河灌区盖孜河东岸输水干渠防渗改建工程渠道断面规划设计图(图2)。

图2 喀什噶尔河灌区盖孜河东岸输水干渠防渗改建工程渠道断面规划设计图

3 精度检查分析

GPS-RTK施测过程及结果精度常常受到观测条件、环境温湿度、风速、卫星信号源、仪器设备性能、施测方式等的影响，由此引起的平面误差通常在1cm±1ppm范围。高程误差在2cm±1ppm范围，高程测量结果精度较差，这一高程误差也只是仪器标称误差，实际测量结果还必须考虑粗差的存在。

为控制误差，保证高程测量精度，在完成喀什噶尔河灌区盖孜河东岸输水干渠防渗改建工程渠道断面测量后，通过水准仪进行测区内20个就近一级均匀分布测点高程的重新测量与测量精度的检查分析，具体结果如表1所示。

表1 测量精度水准仪检查分析结果

由上表可知，|△H|≤0.05m的测点在20个测点中占95%，而且这些测点均分布在开阔地带信号良好区域，△H=0.09m的测点位于信号较差的遮挡区域，属于正常现象。检查分析结果表明，以上数据并不存在异常值，精度可靠，基本符合新《水利水电工程施工测量规范》(SL 52-2015)对1:500及以上断面测量精度的相关规定。

4 结 论

通过分析GPS-RTK技术在喀什噶尔河灌区盖孜河东岸输水干渠防渗改建工程渠道断面测量中的应用可以看出，该技术比常规测量仪器测距大、放样简单、施测过程简便、测量结果精度高，平面误差可忽略不计，高程误差在规定范围内，在渠道断面测量方面具有明显优势。为保证测量精度，测点的设置数量必须有所保证，同时必须在测区不同高程范围内均匀分布。然而，GPS-RTK技术存在一定比例的初始化错误及测量粗差等弊端，这也是该技术在水利工程测量方面广泛应用所亟待解决的问题。