摘 要：GPS技術(shù)是一種先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)手段，能給測(cè)量工作帶來極大的方便。GPS RTK廣泛應(yīng)用于地形地籍碎部測(cè)量，也可以用于控制加密測(cè)量。嘉陵江鳳儀電航工程位于地形復(fù)雜且偏遠(yuǎn)地區(qū)，已知高等級(jí)控制點(diǎn)較少，常規(guī)的圖根控制測(cè)量方法受地形條件限制，費(fèi)時(shí)耗力。 本文用GPS RTK測(cè)量方法，按照行業(yè)規(guī)范的要求對(duì)測(cè)區(qū)控制點(diǎn)測(cè)量，工作效率高，提高效率，降低成本；將測(cè)量成果與常規(guī)測(cè)量比較，得出測(cè)繪平面精度更高，高程精度跟等外水準(zhǔn)測(cè)量方法相當(dāng)?shù)慕Y(jié)論。

關(guān)鍵詞：GPS RTK 控制測(cè)量 水利電航工程

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（b）-0036-02

GPS RTK技術(shù)一種全天候、高精度、高效率的測(cè)量方法，可以被用于控制測(cè)量工作。GPS RTK技術(shù)在水利電航工程測(cè)量中的應(yīng)用前景非常廣闊[1]，已有很多學(xué)者對(duì)GPS RTK技術(shù)在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用開展了研究，如鄧文從理論上推導(dǎo)了作業(yè)半徑在4 km范圍內(nèi)時(shí)，GPS RTK測(cè)量控制點(diǎn)的精度可以達(dá)到一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)的精度要求[2]。薛廣鵬通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明了GPS RTK技術(shù)用于水利工程斷面測(cè)量的可行性和優(yōu)越性[3]。王長江介紹GPS-RTK在杭州灣跨海大橋樁基測(cè)量中的應(yīng)用，并根據(jù)長期實(shí)踐總結(jié)了RTK在施工測(cè)量中的注意事項(xiàng)，GPS-RTK定位的優(yōu)點(diǎn)[4]。但是對(duì)于梯級(jí)開發(fā)電航工程中測(cè)繪新技術(shù)的研究和探索目前還很少，本文通過實(shí)證數(shù)據(jù)說明GPS RTK技術(shù)的可行性，對(duì)同類型工程項(xiàng)目有一定的借鑒意義。

1 GPS RTK工作原理概述

GPS RTK是局域差分定位技術(shù)，RTK通過載波相位觀測(cè)值進(jìn)行差分定位，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)定點(diǎn)在指定坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級(jí)的精度。對(duì)于水電工程來說，單基站局域差分定位是常用的一種定位技術(shù)，單基站RTK系統(tǒng)由一個(gè)基準(zhǔn)站和多個(gè)流動(dòng)站已經(jīng)數(shù)據(jù)鏈接設(shè)備組成，流動(dòng)站接受衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)接受基準(zhǔn)站發(fā)送的載波相位信息，通過求差解算坐標(biāo)，求差解算坐標(biāo)所采用的數(shù)學(xué)模型包括單差、雙差和三差。由于小型工程基準(zhǔn)站和流動(dòng)站距離較近，一般采用雙差觀測(cè)方程組成的數(shù)學(xué)模型求解[5]：

-[，，]J·-+- （1）

對(duì)于移動(dòng)站TR和TB基準(zhǔn)站，同步觀測(cè)的兩顆GPS衛(wèi)星為sj和sk，得到雙差相位觀測(cè)量為：

=[（t）-（t）-（t）+（t）] （2）

當(dāng)移動(dòng)站和基準(zhǔn)站間距離較近時(shí)，可以假設(shè)：=，這時(shí)：

=[--+]=0 （3）

移動(dòng)站相對(duì)基準(zhǔn)站的坐標(biāo)改變量為[，，]，當(dāng)基準(zhǔn)站坐標(biāo)已知的情況下，可以容易的求得移動(dòng)站的坐標(biāo)；移動(dòng)站對(duì)于同步觀測(cè)兩顆GPS衛(wèi)星的方向矢量值之差可以表示為：

[，，]=[-，-，-] （4）

VP表示觀測(cè)噪聲。等式（1）的未知參數(shù)包括[，，]和雙差整周模糊度，求解等式（1）關(guān)鍵是初始值的確定，這方面的內(nèi)容在許多資料中均有出現(xiàn)[6]，初始值的確定以后就可以實(shí)現(xiàn)載波相位差分定位。

2 測(cè)區(qū)概況

嘉陵江鳳儀樞紐工程位于南充市境內(nèi)，是嘉陵江干流廣元至重慶段十六級(jí)開發(fā)方案中的第十級(jí)。上游與已建成的馬回樞紐相接，下游與小龍門梯級(jí)銜接，是航電結(jié)合的綜合利用工程。

測(cè)區(qū)屬川中丘陵地區(qū)，位于“嘉陵曲流甲天下”的嘉陵江中游，地表破碎，地形起伏大，植被覆蓋率高，支流眾多且狹長，測(cè)區(qū)范圍從江凌壩下游馮家灣起點(diǎn)海拔約267 m至淹沒后高程加10 m的高程296 m。外業(yè)施工期又正值冬春季多霧季節(jié)，作業(yè)難度較大。

3 精度檢驗(yàn)

3.1 基礎(chǔ)控制資料

平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用1954年北京坐標(biāo)系。平面控制點(diǎn)有D級(jí)GPS01、GPS03、GPS05、GPS06等共8個(gè)點(diǎn)。一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)有I05、I06、I07、I11等共34個(gè)點(diǎn)。成果為某甲級(jí)測(cè)繪資質(zhì)單位施測(cè)。

高程系統(tǒng)采用1956年黃海高程系。高程為該單位施測(cè)的四等三角高程成果共15個(gè)點(diǎn)，等外水準(zhǔn)三角高程成果19個(gè)點(diǎn)，實(shí)地保存較為完好，均可利用。

3.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)確定

（1）收集、整理轉(zhuǎn)換區(qū)域內(nèi)8個(gè)D級(jí)重合點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)和1954北京坐標(biāo)系坐標(biāo)。

（2）經(jīng)過圖形分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)選擇，最終選取分布在測(cè)區(qū)四周的GPS01、GPS03、GPS05、GPS06四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（3）由于重合點(diǎn)數(shù)據(jù)較多，經(jīng)研究選用七參數(shù)轉(zhuǎn)換法求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型采用目前通用的布爾莎模型[7]：[MS1]。

=K + +

（4）先將控制點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成空間直角坐標(biāo)系。

（5）根據(jù)確定的轉(zhuǎn)換方法和轉(zhuǎn)換模型利用最小二乘法初步計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（6）分析了重合點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換殘差，沒有出現(xiàn)殘差大于2倍殘差中誤差的重合點(diǎn)，說明轉(zhuǎn)換參數(shù)精度滿足要求。

（7）把確定的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)輸入儀器手簿中。

（8）平面和高程控制測(cè)量嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行儀器操作和數(shù)據(jù)采集。

3.3 測(cè)繪成果及精度統(tǒng)計(jì)

運(yùn)用RTK技術(shù)，按照一級(jí)控制點(diǎn)的操作要求進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，我們重新測(cè)定了所有一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)。

（1）對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1。

由表1中數(shù)據(jù)可以看出，點(diǎn)位中誤差f為±0.030 m小于規(guī)范的±0.050 m，邊長相對(duì)中誤差k為1/22560小于規(guī)范的1/20000，大地高中誤差±0.028 m小于規(guī)范的±0.030 m，說明數(shù)據(jù)成果質(zhì)量滿足規(guī)范要求，內(nèi)符合精度良好。

（2）將測(cè)繪數(shù)據(jù)與生產(chǎn)單位提供坐標(biāo)進(jìn)行比較。

本文中計(jì)算兩個(gè)高程中誤差來衡量RTK高程測(cè)量精度，一個(gè)是利用15個(gè)四等水準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)作為真值的高程中誤差Mh1求解；另一個(gè)是19個(gè)等外水準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)作為真值的高程中誤差Mh2如表2。

從表中數(shù)據(jù)可以看出，GPS RTK一級(jí)控制點(diǎn)測(cè)量精度與一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)常規(guī)控制測(cè)量的精度符合情況：平面精度非常高，高程精度差異相對(duì)較大，從Mh1和Mh2的數(shù)值可以看出，GPS RTK測(cè)定的高程在測(cè)區(qū)還不能達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量精度，但是基本可以達(dá)到等外水準(zhǔn)測(cè)量的精度。

4 結(jié)語

在丘陵地區(qū)的水電工程開發(fā)中，用GPS RTK控制測(cè)量代替常規(guī)導(dǎo)線測(cè)量，在精度上是完全可行的，同時(shí)利用GPS RTK控制測(cè)量可以跟碎部測(cè)量同步進(jìn)行，可以提高效率，降低成本；克服外業(yè)方面的“通視條件”、“測(cè)站測(cè)定”等方面的限制；所以它在水利電航工程中的河道整治規(guī)劃、水庫可研、灌區(qū)治理、淹沒區(qū)土地征收等方面的測(cè)量和工程放樣中很有實(shí)用價(jià)值。特別是在一些地形條件復(fù)雜的地區(qū)，過水的河道、不通視的線路等都非常方便操作，GPS RTK在控制測(cè)量中更顯出無比的優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)然，RTK技術(shù)快速、靈活的作業(yè)方式有賴于足夠的衛(wèi)星數(shù)、穩(wěn)健的數(shù)據(jù)鏈、較小的多路徑效應(yīng)等外界條件，在水利水電中更顯得突出，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無法正常作業(yè)的情況，這些缺陷將會(huì)隨著工程網(wǎng)絡(luò)RTK、多衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等新技術(shù)的出現(xiàn)得到解決。

參考文獻(xiàn)

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