英武水库河道测量中GPS-RTK技术的应用

李文

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550000）

0 引言

随着RTK（Real Time Kinematic）实时动态测量技术的不断成熟及在水利水电工程领域的推广应用，传统测量模式发生了根本性变革。在此基础上出现的GPS-RTK技术主要基于载波相位观测定位技术，能在三维定位中自动生成特定坐标系及实时测量点等信息，使测绘工作效率及精度大大提升。河道测量施工范围广，地形复杂，野外作业难度大；随着社会生产水平的不断提高，水体污染、河网淤积等影响河道稳定的不利因素层出不穷。基于此，应用GPS-RTK 技术展开现有河道系统性测量，为河道治理提供可靠翔实的依据迫在眉睫。

1 技术原理

GPS-RTK技术主要通过精准的定位及实时载波相位差分技术得到待测对象实时动态，在施测过程中，既要接收卫星传送数据，又要搜集整理观测数值和站点坐标信息，并将相关信息整合后传送至流动站。流动站将所收集到的数据链信息分析处理后，分别对采集和接收数据展开实时载波相位差分处理，得到较为精准的定位信息。

GPS-RTK 技术实时定位系统由基站接收机、流动站接收机、传输信道等设备组成，应用GPS-RTK技术展开水库工程河道测量时，必须以控制点为测量点，并测量相应的信号数据，其系统数据处理流程详见图1。

图1 GPS-RTK测量系统数据流程图

GPS-RTK 测量技术既能展开精准定位，又能对测量点进行全面三维分析，与其他测量技术相比，定位精度高，误差小，且无误差累积，即使测量半径在万米以上，也能保证数据精度达到厘米级；野外作业测速快，效率高，节省测量计算时间的同时，还能提供更加直观的测量精度空间信息；自动集成化程度高，可在无人值守及干预情况下完成多种测绘功能，降低人工操作误差率，确保测量精度。

2 测量步骤

2.1 设立基准站

GPS-RTK 测量技术以基准站为河道测量的主要站点，基准站设立质量直接影响流动站信息接收数量及质量。通过基准架展开观测时还必须合理确定观测位置，保证测量期间15°截止高度角以上测区以及200 m半径范围内无任何高大树木、建筑物、电磁辐射源等障碍物和信号干扰源，以防止强电磁辐射干扰GPS-RTK 信号的发射和接收。一般情况下，应将基准站设立在地势相对较高且基础稳固的位置，以便于重复使用。

2.2 流动站测量

流动站开机并进入工作状态后需要填写工程名称、投影参数设置、椭球系名称，填写完成后建立起新工程；进入设置界面，将电台通道和基准站电台通道设置一致，再设置流动站差分数据格式；校正控制点，并完成参数转换，开始接收来自基准站的发射信号，并在对话框中输入点名及天线高，并确认保存数据；最后输出相应格式的测量数据文件。

3 工程应用

3.1 工程概况

英武水库位于贵州省盘州市英武镇，坝址所处河段为索桥河干流，坝址位于大山电站引水坝下游1 km 左右，库区村寨多、密集，主要有刘官镇花甲山村、英武镇大寨村、城溪屯村、双凤镇小坪地村、银贡山村、龙洞村、薛官屯村等；输水区涉及盘州市、普安县、晴隆县3 个县区，输水区管线主要由普晴干管、盘州干管和8条支管组成。输水线路长106.80 km，其中，普晴干管长约37.10 km、盘州干管长约11.70 km，支管线路总长约58 km。供水灌溉工程主要由管道、隧洞、管桥等建筑物组成，隧洞进出口19 处、泵站5 座、管桥2 处，输水区沿线山峦起伏，交通不便，且存在较大的测量难度。

3.2 控制网布设

平面坐标系统采用2000 国家大地坐标系；高程系统为1985国家高程基准；中央子午线为105°。此次在英武水库工程输配水区附近布测50个四等GPS控制点，联测5个国家C级点，共55个点，布设成一个四等GPS控制网，GPS编号为：YP**。

此次布设控制点点位顶空视野开阔，通视条件好，便于发展；坚实稳定，易于永久保存，交通便利、利于观测的地方；远离大功率无线电发射源200 m，远离高压输电线路50 m。点位附近避开了大面积水域或其他强烈干扰卫星信号接收的物体。

此次外业采用6 台中海达双频GNSS 接收机同时观测，数据采集过程中，采用静态数据采集模式，历元间隔为10 s，高度截止角为15°，并保证每个时段有效时长大于等于60 min。每天数据采集完成后，及时进行数据传输与备份，并对数据进行质量检查，整个控制网数据采集期间未出现数据质量不符合要求情况。

3.3 基线及网平差

此次采用国家C级点：H489、H490、H496、HH497三点作为控制网起算点，H494 作为校核点，得出H494 点位误差Δx=10 mm，Δy=9 mm，Δh=22 mm，均满足《水利水电工程测量规范》。

3.4 河道控制测量

英武水库河道平面控制测量时，由于河道为带状分布，长度长且宽度受限，故在构建平面控制网时，必须充分考虑河道地图投影变形和起算点兼容性等问题。该水库河道平面控制测量选择合适的中央子午线，以减小投影变形的不利影响。在GPS控制网中展开不同等级起算控制点联测，并进行无约束平差，以使精度同等级化，提升内部控制网精度。

RTK 在河道高程测量方面精度并不高，为此，应在得出可靠平面位置结果后，必须展开控制区域所分布的至少3个国家高等级水准点联测。就英武水库而言，所选取的水准点全部顺河道呈带状分布，沿河道方向的拟合精度有保证。

3.5 河道带状地形图

RTK 采集外业数据的过程和传统测量中外业数据采集存在较大差别，仅部分参数由人工量取及设置外，包括数据自动接收、储存、处理、精度计算等在内的整个RTK 测量工作几乎全部在手簿控制下完成。

按照测量原理设置好基准站后校正点位，并保证校正点均匀分布在测区范围内，以得到较为合理的转化参数取值；并加强基准站和流动站工作状态检测与观察，杜绝错误信息出现的可能性。为保证检测数据翔实，缩短外业测量时间，并覆盖整个河道，英武水库测量前设置多个流动站，在1 个基准站的控制下，各流动站能独立工作。

3.6 河道断面测绘

河段测绘断面线的选取与工程情况、地理位置、河岸条件等有关，断面测量结果是河道治理、疏浚等工程量确定的主要依据。具体而言，确定设计断面线位置、平面位置及水面点高程，并据此计算相应水位、瞬时水位、吃水订正，河道底高程等参数值，绘制河道断面图。英武水库采用无验潮测深技术展开河道断面测量及水下地形图测绘，具体而言，利用测船上的RTK设备测得河道水面上相应点三维坐标以及相应水深，应用相关软件自动生成水下地形图及河道断面图。该技术在大面积水域断面及水下地形测量中得到广泛应用，考虑到英武水库所在河道水位坡降比较大，应用无验潮测深技术时无需在测区分块设置若干处水位观测点，工作效率提升。

4 结论

综上所述，英武水库GPS-RTK 测量相对定位成果数据点的高度角在20°以上；基线解算基线比例误差系数小于20 ppm；重复基线测量差值小于5 mm 的接收机标称精度固定误差及2 ppm的比例误差；异步环和同步环各坐标分量闭合差满足规范要求。此次GPS 控制网中平面最弱点（YP49）点位误差Δx为0.40 cm，Δy为0.40 cm；高程最弱点（YP49）高程中误差Δh为1.33 cm；基线最弱边（YP47-YP50）边长相对中误差为1/185 088，各项精度均满足《水利水电工程测量规范》精度要求。GPS-RTK技术在英武水库河道测量中的应用为类似工程提供了成功经验。