GPS-RTK测量技术在漠阳江出海口综合整治工程中应用

肖 彪

（中山市水利水电勘测设计咨询有限公司，广东 中山 528400）

1 概 述

GPS技术是依托卫星定位与导航系统而开展的实时测量技术，利用GPS开展测量具有操作简单、全天候监测、对通视要求低且效率、精度均比较高，可以实现对目标物的实时定位及高精度三维导航的功能；RTK测量技术以载波相位为传播介质而开展目标物测量的实时动态定位技术，其测量精度可以达到厘米级，不仅精度高，而且可以便捷快速地获取观测站点的三维定位坐标结果; 将GPS-RTK测量技术是在融合计算机技术、无线通讯、卫星定位、空间信息技术和大地测量技术基础上，把两种技术有机结合（GPS和RTK测量技术），然后目标位置的精准传递是利用GPS定位导航系统实现，以弥补RTK测量技术传输数据的不足，保证GPSRTK 测量技术工程化应用。近些年国内的测绘技术步入现代化发展的快车道[1]，带动了水利项目的测量技术的发展，逐渐由传统的全站仪、水准仪以、经纬仪等，转变为现在的GPS-RTK等现代化仪器，特别是近年来随着一些国产化的高精尖测绘设备技术不断成熟，水利工程测量对于天气，地理位置等的环境适应能力不断提升，复杂的水文及气候条件的水利测绘工程也可以正常实施。GPS-RTK测量技术已经被广泛用于大地测量、工程测量以及地形测量等各个方面，并在水利工程测绘工作中得到了深入的应用，与传统的水利测绘技术相比，GPSRTK测量技术将控制点和采集点一次性部署，以此大大简化了部署方式，保证水利工程的顺利开展，从而满足测量环境的要求。基于此，文章以漠阳江出海口综合整治生态治理工程为例，依据项目的规划设计要求，充分利用GPS-RTK测量技术优势，对整治区域的江堤、海堤、河涌、穿堤涵闸、水闸、泵站、调蓄湖和环岛路示范段景观工程等开展工程测量应用示范，探讨GPS-RTK测量技术在出海口等复杂水利工程测绘条件下应用技术流程与方法，为水利工程提供技术支持，为后续建设提供有效参考。

2 研究区概况

漠阳江出海口综合整治工程项目位于阳江市区西侧，随着阳江市市区向南发展的趋势，特别是阳江市滨海新区的发展规划，漠阳江出海河口地区，已成为未来城南新城核心区、蓝色海岸组团、西南临港产业组团、南部旅游集聚区的所在地域。由于原保护这一区域的四朗联围、中心洲联围等防洪（潮）标准低，达不到城市规划的要求，为了对漠阳江出海河口地区进行系统治理从而提高保护区的防洪（潮）标准，满足城市规划和发展的要求，特开展阳江市漠阳江出海口综合整治工程测量应用示范。 漠阳江出海口综合整治工程包括江堤、海堤、河涌、穿堤涵闸、水闸、泵站、调蓄湖和环岛路示范段景观工程等，建设内容较多，主要测量任务有1:2000河堤、海堤带状地形图测量，1:2000调蓄湖地形测量，1:500穿堤建筑物地形测量，1:200横断面测量，1:2000纵断面测量。本项目测量范围广，测量区域内地形变化大，有些测量区域无法通车，有些区域车流量和人流量都比较大，有些区域植被茂盛人员无法通行，总体上该项目测量困难较多。

3 出海口工程测量技术指标

技术指标如下：

1） 坐标基准:采用2000国家大地坐标系，高斯-克吕格投影，中央子午线111°。

2） 高程基准:采用珠江高程基准。

3） 图形比例尺：河堤、海堤、蓄水湖地形图采用1：2000比例尺，穿堤建筑物采用1:500比例尺，横断面采用1:200比例尺，纵断面采用1:2000比例尺。

4）基本等高距：基本等高距为0.5m。

5） 精准地形图：①基于平面的精度，地形图具体要求包括：两种误差必须符合测定的二类界址点的精度要求，两种误差具体为邻近地物点中误差以及地物点相对于邻近图根点的点位中误差[2]，两种误差的比较，见表1。

表1 两种误差的比较 cm

②基于高程精度，地形图的具体要求：通常用于衡量地形图高程精度可以通过等高线插求点的高程中误差实现，等高线插求点的高程中误差，见表2。按照表2的规定，两种误差必须相符合（邻近图根点高程中误差和等高线插求点的高程误差）。

表2 等高线插求点的高程中误差

高程注记点相对邻近图根高程控制点的高程中误差＜±1/4基本等高距。

6）成图规格:地形图图幅规格:50cm×50cm正方形分幅，图幅不错开拼接，当图廓外有少量地形属于测区范围时，破图廓测入同一幅图内（合幅）。断面图的图幅规格为50cm×75cm 。

7）图廓整饰:参照GBT 20257.1-2017《1:500 1:1000 1:2000地形图图式》中附录C:图廓整饰样式及说明执行。地形图在图廓外东北角注记一直径为20mm的圆圈，内注分子式，分母为测区总图幅数，分子为该图幅编号，以西南角图廓坐标作为图号，图廓坐标注记大数，图幅九宫格内注记顺序编号；断面图在图廓内东北角注记一直径为20mm的圆圈，内注分子式，分母为断面图总幅数，分子为该图幅编号，图名统一为:按工程名称“漠阳江出海口综合整治工程项目地形图”作为图名，工程名后加流水号1、2、3……表示该图幅编号；高程点数字注至0.01m，字头朝北，水下高程点注记小数点代表点位，水下等高线用虚线表示；断面点注记小数点代表点位，其数值垂直于河道流向标注；制图采用计算机辅助成图，AutoCAD*.dwg格式。

4 出海口工程测量工作流程

4.1 陆地地形测量

综合分析较大范围的测试区，分区界限可以依据相关的边界线，包括河沿线、街道线等自然带状地物的边界线，划为诸多比较独立的分区作业。地形测量数据采用GPF-RTK相结合的方法进行全野外数字化采集，特征点主要地物的平面坐标一般采用全站仪极坐标法施测。

1）每日施测前，对控制点数据进行检校。RTK进行测量之前必须先测量已知控制点，测量出来的成果数据与已知数据比对，平面坐标数据与高程数据均应≤5cm，确保无误方可使用。

2）仪器＜5mm的对中偏差。

3）起始方向的标定可以依据较远一测站点，检核可以利用另一测站点，计算出的检核点平面位置误差低于0.2XMX10-3(m)。

3）对另外某个测站点的高程进行检查，比较差距不允许超过1/6等高距。

4）完成每个站点的数据采集后，要对标定方向进行重新检测，一旦检测数据突破规定的限差，那么就要重新计算检测前所测的碎部点成果，不能低于两个碎部点的检测。

5）可以自行规定采集数据过程中利用的编码和要素分类，但完成数据的处理后，选择的编码和要素分类必须根据（GBT20257.1-2007）《1：500、1：1000、1：2000地形图图式》的规定执行。

6）作为文本文件格式的外业数据记录文件，也可以自行规定格式，在成果上交时要附带格式解释或者是整合整理数据中的*.dat格式。

4.2 水下地形测量

水下地形测量主要是测量水下地形的平面坐标位置和高程，由于出海口水下地形和测量条件的复杂性，如果通过传统的模式进行测量，难以排除环境和地理位置等影响，不能保障测量精度。而采用GPS-RTK 测量技术进行水下地形检测，卫星信号通过基准站接收，同时解算改正了已知坐标，通过网络发送到移动站，对其进行精准定位可通过基准站发射出的消息和移动站接受的GPS卫星信号实现，对水下地形的三维坐标值进行实时测量，既确保了测量精度又提升工作进度，以保证测量的整体质量[3]。具体要求如下：

4.2.1 水下测量步骤

4.2.1.1 水下地形平面坐标采集

水下地形平面坐主要采用GPS-RTK+数字测深仪+导航软件+地形测量软件的方式进行实施具体流程包括以下几个方面：

1）开展施测线路设计。根据1:10000 航测地形图，采用“中心线设计法”设计好测深航线，测航线与等高线或水流方向大致垂直，量取中心线两端点坐标，设定间距为15m，沿测线方向的测点采集密度为5m。

2）完成水面测定。先设定临时水尺，采用五等水准方法施测，求取临时水尺零点高程。水下作业时，开工、中间、收工时各测一次，并记录时间和高程以备检核GPS水下测深数据，

3）进行坐标转换参数计算。进行匹配的2000大地坐标和WGS84坐标，皆来自测试区内周围4个以上的GPS点，进行计算，并形成一个转换参数记录文件，供作业时取用。

4.2.1.2 水下高程数据采集

1）作业前定位检查和测深仪测深检查。每次作业前（或作业结束时），均运用RTK的测量方式，把流动站转移到检查点（已知点）上，对该点的坐标和高程进行有效记录，并比较该点的高程和已知坐标，如果参值满足标准，便可实施作业，让测深点位的准确性能够保证。同样在每次施工的前、后[4]，必须例行检查测深仪的测深状况，同时进行野外记录，必须确保本仪器的测深值在允许的标准内。另外，在测深的作业中，如果发现有异常现象发生，要马上停止施工，进行全面检查并尽快排除故障，确保测深数据的精准性。

2）采用“一拖一”的作业模式进行水深测量。在岸上的已知点上设置某台GPS接收机作为参考站，而另一台GPS机设置在测深船上发挥流动站的作用，以测深船为依托将GPS接收机、数字化测深仪连接成一个水深测量系统。开测前先丈量GPS天线高和测深陀吃水距离并记录备查，并在测深软件进行必要的设置。作业开始后，如果有5颗以上的卫星数据传输到参考站的GPS接收机后，马上把数据链经过电台发射给流动站，流动站沿设计好的测航线行驶，当接收到数据链后，自动解算出自身位置的平面坐标和水面高程，同时数字化测深仪也同步测得的水深数据并将以上数据传输给电脑，测深软件同步记录的数据文件是根据设定的参数要求，既包括水深值又包括测深点的平面坐标。当测量水底地形变化复杂或有水工建筑物地区时，点距适当缩短，通过手工采点人为加密，或适当缩短采集点距，以确保水下地形的连续和准确性。在野外数据采集时，从测水开始到结束，对测深航线、GPS定位精度、测深仪工作状况、测深记录文件名和水位观测等均作详细记录，作为内业处理时的依据，所有原始记录（包括测深仪的航迹线）均须保留。

4.2.1.3 测量数据内业处理

1）人工检查原始测深数据。在水下地形测量中，由于GPS卫星信号的失锁、数据链的丢失、水下情况的异常变化、测深船的航速和发动机对测量仪器的干扰等因素，会造成部分记录数据的错误，其中的错误包括GPS定位错误、水深错误等。每天通过浏览数据、校对测深仪记录纸和测水野外记录、计算机展绘测深点等步骤，及时发现、改正、剔除那些定位异常、测深数据异常的点。

2）对原始测深数据进行转换。利用测水后处理软件将含有测深点平面坐标、水面高程、水深值等信息的原始数据文件进行数据后处理，处理完后输出符合CASS数字成图软件数据格式文件。其中测深点高程H由其水面高程减去经吃水改正的水深值算出。

3）完成等高线绘制。将水边线的数据加入CASS数据文件中,再用CASS软件中的功能将测深点展绘至电脑上，通过建立数字地面模型（DTM）、生成三角网、计算和绘制等高线，并根据等高线来进一步发现有粗差的测深点，并删去；在剔除了错误点的DTM模型的基础上，删去不合理的三角网，增加必要的三角网，并重新存盘，然后再重新计算、绘制等高线；对等高线进行圆滑处理，对个别的等高线进行一定范围内的牵拉，使其合理、美观，接着完成等高线的注记等。等高线成图时不断开，出图时断开穿注记和穿地物的等高线,利用软件绘出水涯线，并标注水面高程值和观测的日期和时间。

4.2.2 水下测量精度影响因素及处理方法

1）在水下地形测量中，由于GPS卫星信号的失锁、数据链的丢失、水下情况的异常变化、测深船的航速和发动机对测量仪器的干扰等因素，会造成部分记录数据的错误，其中的错误包括GPS定位错误、水深错误等。每天通过浏览数据、校对测深仪记录纸和测水野外记录、计算机展绘测深点等步骤，及时发现、改正、剔除那些定位异常、测深数据异常的点，回声探测仪不适合在树林和杂草丛生的水底工作。

2）当没有高精度要求，施工环境恶劣、利用测深锤测深流速超过规定或者水深＞20m的状况下，可以允许放宽一倍的测点深度误差。

3）水陆两种地形测量彼此衔接。施工可以完全通过岸上通过检查合格的控制点，如果该点的密度达不到工程要求时，可以考虑增设控制点。

4）测量水深最好采用拥有模拟记录的数字测深仪或者是有模拟记录的测深仪，同时必须符合以下标准：额定电压与工作电压之间差，交流电源＜5%，直流电源＜10%；规定的转速与实际的转速之差必须＜1%，一旦超过就要及时修正。

5）对河涌进行水下地形测量，测量精度要求满足1:500成图比例尺精度。

4.3 断面测量

4.3.1 横断面测量

根据项目设计的技术要求，横断面测量间距为50m，对于地形变化较大或堤围拐弯处应适当增加断面，断面测量比例尺为1:200，格网间隔设置水平为5m，竖向为1m。河涌断面测量范围为贯穿整个河涌，左右两边坡脚往外各测100m，海堤断面测量范围为内坡脚外100，海域测量100m。断面测量利用全站仪在垂直与大堤中心线上采集数据，利用专门的断面成图软件进行断面图的绘制，利用南方CASS9.1编辑出图。

4.3.2 纵断面测量

根据项目设计的技术要求，纵断面测量间距为50m，断面测量比例尺为横向1：2000，纵向1:100。河涌为河底和两岸堤顶各一条，海堤为堤顶一条河底一条。纵断面的数据主要从地形图和横断面上提取，如不能满足要求需到现场测量，数据提取完成后利用南方CASS9.1编辑出图。

5 测量精度评价

5.1 平面控制测量精度评价

在对漠阳江出海口综合整治工程测量过程中，平面控制测量采用《广东省GNSS综合服务系统按卫星定位城市测量技术规范》GNSS RTK一级点的技术要求进行控制点测设，先测量9个E级静态点再测量一级导线点，通过已知的E级静态点求解模型七参数并通过七参数求解一级导线点的平面坐标和高程，经检测，GPS控制网平面控制最弱相邻点点位中误差≤图上±0.05mm，最弱相邻点边长相对中误差＜1/20000且GPS控制网的高程拟合残差最弱点≤0.05m。外业平面控制测量及拟合精度，见表3。

表3 外业平面控制测量及拟合精度

另外，通过测量历史测设的静态点E01，E02，E03和阳江市国土局提供的E级控制点城西镇政府(CXZF)、丰源粮油厂(FYLY)，岗美镇政府（GMZF）平面残差最大0.036m≤0.05m，满足测图要求。与高等级控制点检查，见表4。

表4 与高等级控制点检查

5.2 高程控制测量精度评价

本次测量高程采用GPS拟合高，RTK高程拟合以测区外围测量过四等水准的导线点作为高程拟合起算点，最大高程拟合残差为-0.0085m（≤0.05m），外业高程控制测量及拟合精度，见表5。同时，与高等级控制点检查对比可知，通过测量阳江市国土局提供的三等水准点I34、II078和四等水准点CXZF、FYLY、GMZF高程残差最大0.049m≤0.05m，满足测图要求，与高等级控制点检查精度统计，见表6，可见本次高程拟合符合规范要求。

表5 外业高程控制测量及拟合精度

表6 与高等级控制点检查精度统计

6 结束语

考虑到漠阳江出海口综合整治工程测量涉及项目区域跨度大，交通不便且南部地区接近出海口位置，已有控制资料覆盖不到，综合本项目的具体实际情况如应用传统的静态网和水准网布设控制测量，将会耗费大量人力物力，工期也不允许，通过利用GPS-RTK测量技术对控制点进行静态采集数据，每个控制点数据采集时间≥2.5h，将采集的静态数据结合同时间的连续运行参考站数据进行组网解算，从而求得满足E级控点精度的成果，极大程度地减少了测量的工作周期并显著提升了测量工作效率，实现水上定位与测量定标的同步测量，为推广GPS-RTK技术在出海口等复杂水利工程测绘条件下的应用提供了有效参考。