GPS-RTK测量技术在水利工程测绘中的运用

摘要：GPS-RTK测量技术属于现代化工程测量技术，具有定位准确、操作便捷的特性，所提供的是三维立体坐标，可一体化完成控制测量、工程放样、数字地图绘制等多项任务。为进一步明确水利工程测绘中GPS-RTK测量技术的应用方法及价值效用，首先介绍了水利工程测绘中的GPS-RTK测量技术，然后结合工程实例探讨了GPS-RTK测量技术的实践应用方法。旨在为水利工程测绘中科学应用此技术提供参考。

关键词：GPS卫星定位系统网络RTK技术水利工程测绘地形检测

中图分类号：TV22

ApplicationofGPS-RTKMeasurementTechnologyinWaterConservancyEngineeringSurveyingandMapping

WANGDi

CangzhouWaterConservancySurveyandPlanningDesignInstituteCo.，Ltd.，CangzhouCity，HebeiProvince，061000China

Abstract：GPS-RTKmeasurementtechnologybelongstomodernengineeringmeasurementtechnology，whichhasthecharacteristicsofaccuratepositioningandconvenientoperation.Itprovidesthree-dimensionalcoordinatesandcanbeintegratedtocompletemultipletaskssuchascontrolmeasurement，engineeringlayout，anddigitalmapdrawing.TofurtherclarifytheapplicationmethodsandvalueofGPS-RTKmeasurementtechnologyinwaterconservancyengineeringsurveyingandmapping，thispaperfirstintroducestheGPS-RTKmeasurementtechnologyinwaterconservancyengineeringsurveyingandmapping，andthenexploresthepracticalapplicationmethodsofGPS-RTKmeasurementtechnologywithengineeringexamples，aimingtoprovidereferenceforthescientificapplicationofthistechnologyinwaterconservancyengineeringsurveyingandmapping.

KeyWords：GPSsatellitepositioningsystem;NetworkRTKtechnology;Waterconservancyengineeringsurveyingandmapping;Terraindetection

GPS卫星定位系统具有24小时监测、操控过程简便、检测精度高、效率快等优势，可一次性完成被测物三维坐标的检测，相较于运用传统全站仪、经纬仪等设备需要分别测出水准、距离、角度的测量方法而言，效率更快且测量结果的准确率更高。GPS-RTK技术是GPS测量技术与数据传输技术相结合而构成的组合技术，测量精度可达到厘米级，能够节约测量时间，可节约由于测量精度不足而二次返工所产生的人力成本与时间成本，能实时回传测量数据，利于推动水利工程测绘工作的自动化、现代化发展。

1水利工程测绘中的GPS-RTK测量技术

1.1多基准站RTK技术

此技术是基于卫星导航定位技术而研发改进的新型GPS-RTK测量技术，是在多基准站网络支持下的实时差分定位系统[1]。此技术可以弥补普通RTK技术的缺陷，可化解传统RTK技术中基站及移动站之间距离过短的问题，定位距离可以达到70～100km之间，能实现长距离定位。运用此种技术展开水利工程相关测量，可以减少测量精度误差，提高测量结果的准确率。技术应用时，需要构建多个GPS系统基准站，还要打造数量充足的基准站连续运行卫星定位导航服务系统，然后校正处理流动站坐标观测值，再结合基准站坐标数据，对流动站整周模糊度进行计算，从而得出准确的流动站坐标位置。

1.2虚拟参考站技术

虚拟参考站技术是RTK技术之一，是在VRS理论基础上诞生的，该技术应用时，需要在区域范围内搭建多个GPS基准站以形成网状覆盖，将虚拟参考站设置在移动台周边，结合参考站实测数据计算虚拟参考站的虚拟观测值，进而精准定位用户站[2]。各基准站需要在以太网支持下将原始卫星观测数据实时传送给数据中心，数据中心接收数据后，会计算各基线载波相位整周模糊度值，然后构建误差模型，移动台得到数据中心认证后会创建移动数据链路，获取单点定位及初步位置坐标。数据中心利用得到的初步位置坐标构建虚拟基准站，与用户站共同运用单站RTK技术提取基准站内偏差影响校正值，再向移动站用户传送RTCM格式的校正数据。最后由移动台分析校正信息并计算差分分解值，进而得出精度为厘米级的定位坐标数据。

2水利工程测绘中GPS-RTK的应用方向

2.1在加密控制点测定方面的应用

水利工程建设前期，技术人员需要实地踏勘并测量施工现场，此时可以运用GPS-RTK技术测量加密控制点。受到我国地理条件的影响，水利工程一般建设位置较为偏远，用于加密量的高级流动控制点相对较少。若采用传统测距仪、水经仪等设备测量加密点，不仅工作量较大，且无法保证测量精度。尤其是断崖等地形相对复杂的区域，在待测点处架设测量设备存在难度，部分测点的数据无法精准获取，经模糊化处理后得到的测绘数据准确度有所不足。而应用GPS-RTK测绘技术测量加密控制点时，1500m范围内设置3个以上的加密点，便可以得出准确的加密测量数量，可以大幅降低水利工程加密控制点的测量难度，并能提高测绘结果精度，可为水利工程设计与施工提供准确的数据依据。

2.2在河道地形检测方面的应用

水利工程测绘时，具备大量水下情况测绘任务，然而由于水下情况下相对复杂，难以肉眼观测。传统水下测绘工作中，主要利用六分仪、三杆分度仪等设置测量相关数据，不仅测量耗时费力，且具有较高的安全风险，同时可能受水下环境影响而无法得出准确的测量结果。而利用GPS-RTK测量技术实施水下测量，可以解决这一问题。在测量河道地形时，可在电脑、测深仪支持下，结合运用RTK设备及GPS导航软件精准定位测量点，然后在GPS导航软件的指导下，在水下调整测量点的设置位置，之后将测深仪以及RTK设备传送回来的测量数据导入电脑之中，再运用河道测量软件处理接收的数据，然后可利用处理后的数据精准绘制河道地形图，可以清晰观测到水下情况，从而为水利工程施工的科学设计保障。

2.3在数字化地图测绘方面的应用

数字化测绘是水利工程测绘的主要发展方向，实现数字化测绘之后，可以促进水利工程测绘数据的流通性，提高数据利用率。而在GPS-RTK技术支持下实施水利工程测绘，所得出的数据信息更加精准、可靠与全面，可在翔实的数据基础上构建完善的水利数据库，从而为水利工程测绘的数字化发展提供有力支持。在GPS-RTK测量技术逐步完善化发展的境况下，其对于数字化测绘的实现将会起到显著的推动作用。在数字化地形图测量时，可以根据已知坐标结果，利用RTK快捷、精准定位，进而准确、全面采集测待地形数据，高效、快捷完成地形测量。可结合现场地形情况，科学设置与实时调整测量方法，通过成图处理，利用采集得到的地形点构建数字化管道地形图，可以实现单人作业，能够降低地形图测绘的时间及人力成本[3]。

3水利工程测绘中GPS-RTK测量技术的应用实践

3.1测绘方法确定

某小型水利渠道工程需要测量放样并绘制断面图以计算土方，但因渠道测绘时间较为紧张，加之水利渠道测绘较为复杂，利用传统测绘方法实施难度较大，因而选用GPS-RTK技术实施渠道放样测量工作。控制网构建是渠道放样的重点，本水利渠道工程属于线状工程，具备较大测量面积，且需设置多个测点，除了要构建管线测量平面控制网外，还需建设高程控制网，且这两种控制网的精度均应要控制在5cm左右。为此，工程选用GPS方式构建控制网，无须各点相互通视，可突破网形限制，可用此方法建设管线测量平面控制网，然后采用水准测量法构建高程控制网。受到本工程位置影响，控制点间距离较远，因而测量控制网时利用双频接收机，并运用静态定位方式、按照四等水准实施控制网测量。

3.2放样前期准备

3.2.1基准站建设及人员配备

应用GPS-RTK测量技术之前，需要科学建设基准站，在工程范围内选择土质硬度良好、易损性低、视野开阔、强电磁干扰小、多路径误差影响偏低的区域作为基准站建设位置，确保能够清晰观测10°高度角上方区域，以便GPS卫星信号顺畅发射与接收，并保证数据信息有效传送。应GPS测量、四等水准观测两项工作分别由一名工作人员负责，要求所选人员经验丰富、技术高超，并安排数量充足的专业性辅助施测技术人员。

3.2.2GPS平面控制测量

按照水利渠道工程测绘的技术要求，结合本工程的实际需求，需要对B级控制点进行合理选取并实施准确复测，从而将这些控制点作为施工测量定位的主要控制点。在设置加密控制网时，需要以水利渠道工程现场实际施工条件、施工要求为依据，将测量区域中的B级网控制点设为起算点，进而对加密控制点进行测量[4]。要求基准站应设置于加密点处，以便于有效控制整个标段的测量作业。

3.2.3基线解算检验与网平差

利用HDS2003数据处理软件实施基线解算与网平差，先解算基线，经过验证达到标准后再实施无约束平差，以便运用WGS84坐标系统得出控制点大地坐标。之后，再针对约束点实施约束平差，在北京54坐标系为参心的大地坐标系下求出控制点坐标。然后对比测量所得坐标与提供坐标，确认两个坐标限差是否超出规定范围，如超出重新测量。

3.2.4参数转换与控制点比测

解算检验及网平台完成后，应根据实测得到的大地坐标及提供坐标，对各个参数进行转换。受到高程基准面影响，为保障高程符合要求，应在控制点高程基础上增加部分高程差值，然后再将之向当地理论最低潮面基准进行换算。然后还需实施控制点比测，利用位于加密点上的基准站，根据转换后的参数，采用GPS技术比测部分控制点，经比测发现，控制点坐标较差未超出允许范围。

3.3RTK放样测量

利用RTK实施测量时，需要采用VisualBasic程序对渠道线路放样点坐标进行计算，将计算结果录入电子表格后，存储为csv格式，之后按照规定流程实施RTK放样（见图2）。放样时，应将移动站设置在中部位置，然后对数据进行重复性采集，求出200次采集数据的平均值，之后再微调移动站位置，以使之符合设计值并契合北京54坐标系。采用RTK技术放样时，因检查条件并不完善，为此，需要通过校核方式提高放样精度。一种方法是利用开关机采集放样点坐标平滑数据，采集两次后求出数据差值，通过此方法排查放查错误。第二种方法是利用钢尺量取各放样点的几何尺寸，通过对比理论数据找出放样问题。

4结语

在水利工程测绘中应用GPSRTK测量技术，可以解决传统测绘技术无法水下测绘或定位距离不足的问题，能够推动水利工程测绘的数字化发展。结合工程实例发现，利用GPS-RTK测量技术实施渠道测量，要做好前期基准站建、人员配备、GPS平面控制测量、基线解算检验与网平差、参数转换及控制点比测等多项工作。而采用RTK放样测量时，要按照规定流程实施，并加强精度控制。经验证，实例工程采用GPS-RTK测量技术放样，高效、精准得到了渠道放样数据，保障了水利渠道工程的建设质量。

参考文献

[1]王波，王伟娜，陆威.GPS-RTK测量技术在水利工程测绘中的应用[J].冶金管理，2020（23）：99-100.

[2]张金杰，魏立.GPS-RTK测量技术在水利工程测绘中的应用[J].建材与装饰，2019（12）：247-248.

[3]贾秀芳.RTK定位系统中GPS测量技术在水利水电工程测量中的应用研究[J].水利科技与经济，2024，30（2）：57-61，67.

[4]宋宜昌.基于BIM+GIS的水利工程数字孪生构建研究[D].郑州：华北水利水电大学，2023.

[5]肖承语.基于水线衍生模型的辽河口湿地潮滩淤蚀规律研究[D].沈阳：沈阳农业大学，2023.