GPS-RTK技术在某内河航道工程测量中的应用

青松

摘要：目前，GPS定位技术能够准确地反映航道水深变化情况，保证了航道测量的精度和测量时间，因此在内河航道测量中得到了广泛地应用。文章主要结合某工程实例，阐述了GPS定位技术和全站仪测量工作原理，从而就航道测量中GPS定位技术和传统电子经纬仪相配合使用的应用进行分析，旨在有效地优化航道测量技术，并准确和高效地完成测量任务，以供大家参考。

关键词：GPS-RTK技术航道测量全站仪工作原理

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

近年来，GPS 测绘定位技术在航道工程测量中得到了广泛地应用。以前，我国内河航道测量经历了三角导线测量、全站仪测距导线测量和交会法水深测量等时代，工作进度慢、效率低，且得花费大量的人力物力，而GPS 测绘定位技术在航道工程测量中的应用，大大地节省了测量时间，提高了测量精度。我单位测量队在某一航道测量中，合理使用电子经纬仪配置 GPS-RTK 定位仪的组合，提高了野外测量效率，在花费极少的情况下快速地完成了所需的航道数字化水深地形图。

1 GPS定位技术和全站仪测量工作原理

1.1 作业工作原理

实时动态(RTK)定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS(RTDGPS)技术,它是GPS 测量技术发展的一个新突破, 在航道维护性测量工程中有广阔的应用前景。实时动态定位(RTK) 系统其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点,安置一台接收机作为基准站,对卫星进行连续观测,移动站上的接收机在接收卫星信号的同时,通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据, 随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出移动站的平面坐标和高程测量精度。这样我们使用者就可以实时监测待测点的数据观测质量。

1.2 测量坐标系统转换

GPS卫星观测的坐标系统为世界大地坐标系（WGS-84），而我们在平时的测量工作中通常使用的是国家标准的1954 年北京坐标系或1980西安坐标系，这样就存在一个坐标系统的转换问题，坐标转换根据工程特点进行有七参数或三参数的转换。

全站仪测量不涉及到参数的转换问题，如果需要转换也是控制网坐标系统的统一转换，与测量仪器无关。

2 两种测量仪器在某北江航道测量中的应用

2.1 工程概况

某北江航道等级为原为三级，本次按二级航道标准进行整治，本工程整治内容包括航道护岸修复、土方疏浚等。航道标准：驳岸段航道最小口宽为 110m，底宽为60m，航宽为74m，设计水深4.0m，最小弯曲半径540m。航道测量内容是对该河段进行全程69.836km的平面控制、高程控制、地形测量、水深测量及水位观测等，测量比例尺为1：2000，并以 CAD 数字化建模成图。测量以GPS-C级网作为测区首级平面控制，沿河道走向布设E级GPS导线点和加密图根点的测量方式，两岸陆域地形从河道水边线测至陡坎线两边200m，地形测量面积约计30km2；河道全部水深测量面积约计3km2。根据测区的特点，主要投入了18台（9台静态，3台基站，6台移动站）双频GPS接收机（标称静态精度5mm±1ppm、动态精度10m m±1ppm），2台电子经纬仪，3 台手提电脑，1 台套数字化南方SED-28 测深仪以及配备必要的多套地形水深测量成图软件。

2.2 平面控制测量

根据测区河道流域的地形特点，结合今后航道整治的施工定位、竣工验收、航标设计定位及航道维护的实际需要，以D级GPS 网作为测区平面控制的首级控制网，且以满足I级导线测量规范下每隔8km左右在两岸布设一对互相通视的D级点作为导线起（闭）点。本测区以三大段D级GPS网组成，且每个网交接处公共边均进行联测。I级导线测量是利用新测GPS-D级点作为起算闭合。导线布设时依江面宽窄情况沿单岸走向或之字形两岸过渡。

2.3 地形测量

地形测量时根据各种因素综合考虑，采用了 GPS-RTK与全站仪相配合的生产模式，每测段各分为一个 RTK 作业组，两个全站仪组，并跟水深组同步进行。

由于地形测量范围是从水边线测至两岸大堤顶的长距离带状，堤岸上的地形几乎没有遮挡，有利于 RTK 组的采点施测。在正式野外施测时，将基准站架设于已知的河边小山顶、水闸顶和楼顶上的D 级点上，RTK 流动站初始化后，利用附近3个已知控制点求算坐标转换参数和高程异常，然后进行碎部点的三维坐标的施测，每点观测2min，观测数据存入手薄机内存中，同时现场画草图。一天的外业结束后，再取出所有的测点数据，到内业绘制地形图。 而在测区江边的城镇、村庄、桥梁、码头、水闸和果园等地形，GPS 天线遮挡严重，不利于RTK的固定解，则由全站仪组来完成。作业时先由RTK组在复杂的地形中布设至少两个互相通视的 RTK 控制点，全站仪组在其上架设仪器进行碎部复杂地形测量，但施测前必须对测站和定向站的距离与高程进行检核，如果s>2cm 或者△h>2cm 就要注意检查， 如有必要则图根点须重测。全站仪与便携式电脑和绘图软件构成“电子平板作业模式” ，即所测则所得，避免事后内业处理的错误和负担。

2.4 水深测量

动态 GPS-RTK 水上定位技术，使水深测量走上了自动化测深的轨道。从水深断面线的布设，水深点采集及最后成图，均在计算机上完成，大大缩短了测量时间，并且做到测深定标与水上定位的时间完全同步，GPS天线与测深仪换能器可在同一位置，做到测深点与定位位置完全重合，从而提高了测深质量。在京杭运河面上基准站的数据链传播可达15km，减少了以往全站仪测量时的搬站时间。一艘测深艇上只需配备2人（其中1人驶船、1人操作电脑）一天则可完成4km2的水域测量面积。作业时不紧张，降低劳动强度，提高工作效率，彻底改变了传统的水深测量作业方法。

3 两种仪器在测量应用中的对比

（1）精度对比：由于RTK测量不存在误差积累问题，从大量的实测数据分析其测点精度基本可满足图根控制和碎部测量的要求，但要满足一级导线的精度要求还应采取相应的措施，且其高程精度不是太稳定，有时会发现一些明显的测点高程偏差。而全站仪施测过程中则不会产生这样的情况。经用全站仪对RTK所测的部分碎部测量点进行检核，它们的坐标和高程之差均在2~3cm，基本没有超过5cm，可见用RTK 所测结果是可信的，但在使用 RTK 测量过程中应与周围的所测相邻点注意校核。

（2）效率对比：RTK 测量时只需较少的控制点，也就不需要经常迁站，一个基准站数据链可以控制十几公里的测程距离，节省了迁站上的时间，另一方面，RTK 测量投入的人员少，一般一组只需1~2 人，而全站仪一组则要配4~5人，特别是水深测量方面更能发挥其优势，因此利用RTK 进行碎部地形、水深测量可以提高外业测量效率、减少现场成本开支。

（3）经济对比，虽然RTK正逐渐得到普及，但它的价格还是比较昂贵，一般两台套基本型高精度的 GPS 配置售价30多万元，而一台比较好的全站仪售价在10万元左右，并且性能非常稳定，在十年内基本不需要对其投入任何维护费用。如RTK整天当作全站仪来进行地形测量，日积月累，其天线和电台很容易出现问题，维护费用较高。

4 结束语

综上所述，通过对GPS-RTK 和全站仪在测量中的应用分析，得到了以下几方面的结论：

（1） GPS 测绘定位新技术在未来的测绘行业将发挥越来越大的作用， 静态控制网测量，可完全起到控制整条江河流域的控制测量，至少能达到D 级网以上精度，而在目前条件中RTK 平面定位精度也比较稳定，但高程测量方面应加以注意。

（2）动态GPS-RTK定位技术，使航道水深测量走上了自动化测深的轨道，彻底改变了传统的水深测量作业方法。

（3）全站仪作为一门成熟的测量仪器在相当长的时间内还会在碎部测量方面起主导作用。

（4）在实际野外测量时协调使用 RTK 和全站仪，可以解决实际问题，提高工作效率，降低生产成本。

参考文献

[1] 徐绍铨，张华海，等.GPS测量原理及应用[J].武汉测绘科技大学出版社.

[2] 江金霞，江丽钧.GPS-RTK在城市测量中的应用[J].华东地质学院学报，2003.