基于通信网络的GPS-RTK技术在水利工程断面测量中的应用
徐跃
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徐跃,. 基于通信网络的GPS-RTK技术在水利工程断面测量中的应用[J]. 中国设计,2021.8. DOI:10.12721/ccn.2021.157057.
摘要: 本文阐述了GPS RTK的工作原理,分析了RTK技术在水利工程上的应用,以及在设站,解算参数需要注意的事项,对全站仪测量方法与RTK测量的数据进行了精度分析。
关键词: RTK;水利测量;纵横断面
DOI:10.12721/ccn.2021.157057
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前言

差分GPSRTK (Real-time kinematic)是实时动态差分技术的简称;RTK是一种利用GPS载波相位观测值进行实时动态性对定位的技术,是近些年发展起来的一种全新的测量技术。是实时动态的定位技术,实时处理两个测站载波相位观测量的差分。并且能投提供精度达到厘米级的测量成果,在测量距离上可以达到半径10公里的测程,具有速度快,无需通视,误差不累积等特点。

1 RTK的组成及工作原理

RTK的组成包括:GPS基准站,电台,GPS接收机,三个部分。RTK技术是以载波相位观测值进行实时动态的相对定位技术。其原理是将位于基站上的GPS接收机观测到的卫星数据,通过数据通信链(电台或者网络信号)实时发送出去.流动站则实时接收基准站发射的信息,将载波香味观测值实时进行差分处理,得到基准站和流动站基线向量(△X,Y,Z).基线向量加上基准站坐标得到流动站每个点WGS84坐标,通过坐标转换得到目标坐标系下的平面坐标x,y,和正常高。

图片1.png

1.1RTK作业流程

1内业准备

在外业测量前,应事先收集测区内的各种图件,包括各种小比例尺地形图,足够的控制点信息,气象资料,水文信息。对收集到的资料进行分析,必要时应进行实地踏勘。踏勘完成后再图上设计主要包括以下的内容:①确定测量线路的起止,②对控制点进行总结归类,控制点应尽量均匀分布在测区内,并且要达到全覆盖;

2 解算测区内转换参数

对于一定区域内侧测量,我们往往利用以往的控制点成果求取“区域性”的转换参数,以便适用于独立坐标系统。其区域性,理论上消弱了变形的影响,提高了转换的可靠性。[1]

由于GPS所采用的坐标系味WGS-84坐标系,而我们国家使用的是国家-80,或者2000坐标系,因此就存在一个坐标系转换的问题。一般常用的转换参数包括四参数和布尔沙七参数两种。我们这里主要使用布尔沙七参数法。七个转换参数分别是X,Y,Z平移,X,Y,Z旋转,K尺度。布尔沙七参数作用范围较大和距离较远的RTK测量。需要控制点3个以上,要求较高。

求解转换参数的注意事项

为了得到该测量区域的准确的参数,应该选择合理分布的控制点,初步求解后得到参数后应该对参数进行分析,剔除掉粗差点后再进一步进行求解。在求解转换参数所使用的控制点应该预留出一些供检验参数的控制点,待参数求出后检验参数的精确度,达到精度方可使用该参数进行架站测量。

2.RTK作业

2.1架设基站

基准站的架设可以架设在已知点或者未知点上,基准站的架设地点必须满足以下的要求:①、视野开阔,视场内障碍物的高度不宜超过15度。②、远离大功率无线电发射源(如电视台、电台、微波站等),其距离不小于200米。③、附近不应有强烈反射卫星信号的物件,比如大型建筑物,水面等。④、远离高压线,其距离不应小于200米。

基站设置

这里我们以我公司正在使用的中海达手薄为例进行说明,

1、 设置好各GPS的工作模式

2、 打开手薄软件,连接基准站,新建项目,设置坐标系统参数,设置好基准站参数,使基准站发射差分信号。

3、 连接移动站,设置移动站,使移动站接收到基准站发射的信号,并能达到固定解

4、 在移动站上加载求得的转换参数,则此时流动站的坐标会自动转换成与控制网统一的坐标体系。

5、 测量至少2个以上的控制点坐标,检验参数的有效性。

3.RTK技术在水利测量上的应用。

我公司接到一条水利渠道的测量工作,从连环湖长发闸开始,经月饼泡,庄头泡,西大海泡至安肇新河,沟渠线路里程共计105公里,此渠道由于建设年代久远,部分渠段阻塞严重,影响了水渠输水的效率。经上级考虑决定对此段渠道进行清淤工作。测绘的工作内容是水渠线路的纵横断面图及沿途的桥梁细部的高程,横断面间距200米。利用GPS RTK测量技术的具体测量情况如下:

1、 在线路两侧均匀布设了37个E级控制点,作为基础的控制,选择30个控制点作为解算转换参数使用,其余7个点作为检查依据。利用布尔沙七参数法来解算测区的转换参数。

2、 在测量区域内,尽量选择视场比较好的地方,地势较高,远离多路径效应的地方设置基准站。流动站设置完毕后选择2个以上的已知点进行检验参数的有效性。

3、 选择最佳的时段进行观测,提高观测精度

4、 在有遮挡的地段或者树林茂密的线路,可以采用全站仪补充测量的方法进行测量。

5、 严格按照技术设计书和作业规程进行纵横断面的数据采集,纵横断面数据采集同时进行。

在施测阶段我们将GPS-RTK模式下采集到的现场的中桩数据与使用全站仪测量得到的数据共计150个进行了比对,见下表:

GPS-RTK测量与全站仪测量点误差分布统计表

截图1740561306.png

通过以上对比数据,可以看RTK测量的平面和高程数据均满足断面测量的精度要求,

4.结论

TRK技术应用于水利渠道测量,尤其是长距离的线路测量,拥有常规测量技术无法比拟的有点,主要体现在以下几方面:

1,与传统技术比较,RTK技术不需要通视,不用反复设站,不会产生误差累计。

2,相比较全站仪测量可以更加节省人力,单人即可测量,而全站仪则需要2人配合测绘

3,利用RTK技术所测量的断面点精度高,切误差一致,常规测量方法随着测量点与控制点距离增大而误差增大。

参考文献:

1. 薛广鹏.RTK技术在水利工程断面测绘中应用[J] 四川建材.2010.(5)110-111

2. 李开元谭军郭秦 .GNSS在道路纵横断面测量中的应用分析[J]科技风 2018.8  65-69

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