高承恩，李德明

（1.河南科光工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，河南鄭州450003；2.河南省白龜山水庫管理局，河南平頂山467031）

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南水北調(diào)工程總干渠安陽段施工測量中GPSRTK技術(shù)的應(yīng)用

高承恩1，李德明2

（1.河南科光工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，河南鄭州450003；2.河南省白龜山水庫管理局，河南平頂山467031）

摘要：在水利工程施工測量中，由于施工環(huán)境復(fù)雜，對測量工作的限制因素比較多，如果使用常規(guī)的測量方法測量效率很低。GPS RTK技術(shù)是一種新型的測量技術(shù)，具有測量準(zhǔn)確度高、作業(yè)量小、施工效率高等優(yōu)點(diǎn)。文章通過實(shí)際案例，對GPS RTK測量技術(shù)的工作原理、施工測量流程、GPS RTK的放樣等進(jìn)行了介紹，并取得了良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：南水北調(diào)工程；總干渠安陽段；施工測量；GPS RTK技術(shù)應(yīng)用

在工程測量的過程中，GPS測量技術(shù)可以對測量進(jìn)行有效的控制，可以為動(dòng)態(tài)測量帶來較大的方便［1］。RTK測量狀態(tài)下，參考站使用數(shù)據(jù)鏈把測試得到的數(shù)值和測站坐標(biāo)發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站不僅僅是接收衛(wèi)星傳輸?shù)男畔?，還接受由數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)膮⒖颊拘畔ⅲ⒃谙到y(tǒng)里面形成差分觀測信息同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理。

采取這樣的測量方法，測量的精準(zhǔn)度可以精確到厘米級，RTK測量所傳輸?shù)淖鴺?biāo)是三維的，可以使工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操作，不但省時(shí)間，而且精準(zhǔn)度還比較高，使工作效率得到了明顯的提升，經(jīng)濟(jì)效益佳。

1　案例介紹

該項(xiàng)目包括4座渠渠交叉建筑物，3座公路交叉建筑物及總長4455.2m的渠道工程施工。該渠段以半填半挖為主，長4455.2m。渠道最大挖深7m左右，最大填高13m左右。沿線巖性以壤土、黃土狀壤土為主，全部為土質(zhì)渠道。

渠道為梯形斷面，設(shè)計(jì)渠底寬度為17m，渠道內(nèi)一級邊坡1∶2，渠底高程85.349～85.190m，一級馬道（堤頂）寬5.0m，外坡1∶1.5～1∶2，渠道縱比降為1 /28000。堤頂至渠底深最大為9.10m。

渠段進(jìn)出口設(shè)計(jì)流量235m3/s，設(shè)計(jì)水位92.349～92.190 m，設(shè)計(jì)水深7m。加大設(shè)計(jì)流量265m3/s，加大水位92.724～92.560m，加大水深7.375～7.370m。一級馬道高程94.27～94.29m。由于地理環(huán)境復(fù)雜，研究使用GPS RTK技術(shù)來進(jìn)行測量。

2　GPSRTK測量技術(shù)工作原理及測量基本流程

2.1GPSRTK測量技術(shù)的工作原理

GPS RTK測量使用實(shí)時(shí)差分核心技術(shù)，它將載波相位測量高度和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。它的主要工作原理是將GPS接收機(jī)安裝到制高點(diǎn)上，安裝的位置要求視野開闊、易于安裝機(jī)器、且遮擋物較少，采集到的載波相位觀測數(shù)值調(diào)整到基準(zhǔn)站電臺的載波頻率上，借助基準(zhǔn)站電臺將數(shù)據(jù)傳輸出去，這樣可以實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星實(shí)時(shí)監(jiān)測，所有觀測到的數(shù)據(jù)借助無線電傳輸機(jī)器隨時(shí)輸送給GPS接收器［2］。

GPS接收器在收到衛(wèi)星信號的時(shí)候，觀測到的信息經(jīng)過無線接收設(shè)備接收，依據(jù)觀測得到的信息結(jié)合流動(dòng)站和基準(zhǔn)站的載波相位觀測數(shù)據(jù)來推算三維坐標(biāo)系和流動(dòng)站的精準(zhǔn)度。

2.2施工測量的基本流程

2.2.1施測程序

該工程的施工測量工作將嚴(yán)格按照《水電水利工程施工測量規(guī)范》（DL/T5173-2003）有關(guān)施工規(guī)范的技術(shù)要求進(jìn)行，且按合同規(guī)定的時(shí)間與范圍，及時(shí)向監(jiān)理工程師報(bào)送有關(guān)的測量成果。工程測量一般分為測量前的準(zhǔn)備、控制測量、施工測量、進(jìn)度測量和竣工測量。如圖1所示。

圖1　施工測量流程圖

2.2.2施工測量組織工作

由項(xiàng)目部專業(yè)測量人員成立測量小組，依據(jù)業(yè)主2007年1月提供的長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院編制的《南水北調(diào)中線一期工程渠線C級GPS網(wǎng)安陽段1954年北京坐標(biāo)系1°帶成果表》的坐標(biāo)點(diǎn)和高程控制點(diǎn)先進(jìn)行原始測量點(diǎn)的復(fù)核工作。

在復(fù)核無誤的情況下，把原始測量點(diǎn)進(jìn)行控制測量加密，包括平面控制測量與高程控制測量。在此基礎(chǔ)上完成整個(gè)工程的測量定位放線、高程抄平控制等工作。

按規(guī)定程序檢查驗(yàn)收，對施測組全體人員進(jìn)行詳細(xì)的圖紙交底及方案交底，明確分工，所有施測的工作進(jìn)度及逐日安排，由測量小組長根據(jù)項(xiàng)目的總體進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行安排。

3　加密、復(fù)測施工控制網(wǎng)的構(gòu)建

3.1復(fù)測前的準(zhǔn)備工作

該工程共計(jì)使用GPS接收機(jī)的數(shù)量為3臺，型號為南方S86T雙頻。

（1）對施工現(xiàn)場進(jìn)行認(rèn)真的勘察以后，決定使用圖上設(shè)計(jì)的方案。

（2）依據(jù)有關(guān)規(guī)定和優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，使用網(wǎng)型設(shè)計(jì)效果最佳，在實(shí)地測量以前，依據(jù)星歷預(yù)報(bào)的信息制定有效的觀測方案。

3.2GPS靜態(tài)測量

依據(jù)施工要求對20個(gè)首級施工控制點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)地復(fù)測，對16個(gè)二級控制點(diǎn)進(jìn)行加密處理。使用邊點(diǎn)混合式的布網(wǎng)方式設(shè)置控制網(wǎng)，觀測時(shí)段的長度在60min以外。

基線在進(jìn)行處理以前一定要觀測所有點(diǎn)的星歷預(yù)報(bào)，將那些質(zhì)量較差的清理掉，這樣可以確?；€的精準(zhǔn)度較高［3］。基線解算的時(shí)候，通常會(huì)使用到南方測繪GPS來進(jìn)行信息處理，GPS技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)三等水準(zhǔn)精準(zhǔn)度的標(biāo)準(zhǔn)，因此每一個(gè)控制點(diǎn)所使用的高程為聯(lián)測式的。

4　GPSRTK放樣

4.1計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

工程坐標(biāo)系和WGS-84坐標(biāo)系是GPS RTK測量的關(guān)鍵內(nèi)容，高精準(zhǔn)度的轉(zhuǎn)換參數(shù)可以提升GPS RTK測量的精準(zhǔn)度，在南方GPS RTK測量之初，借助已知的控制點(diǎn)信息求解坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)，轉(zhuǎn)換參數(shù)的數(shù)目為7個(gè)，使用南方工程軟件可以將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，這些參數(shù)在每次測量之初只要調(diào)用進(jìn)行簡單的核準(zhǔn)就可以使用。

4.2導(dǎo)向的校正

在轉(zhuǎn)換參數(shù)的過程中，校正導(dǎo)向是一個(gè)非常好的工具。因?yàn)樵贕PS使用過程中無論輸出還是輸入都是WGS84坐標(biāo)，因此，大部分GPS在使用過程中采用的方式一般為：在已經(jīng)知道的點(diǎn)上架設(shè)基準(zhǔn)站，然后輸入WGS84坐標(biāo)來對基準(zhǔn)站進(jìn)行啟動(dòng)。

這種方式具有一定的缺陷，就是在使用過程中，每使用一次就必須將基準(zhǔn)站與控制器進(jìn)行一次連接，在進(jìn)行外業(yè)時(shí)有一定麻煩。

如果使用校正導(dǎo)向，就會(huì)避免這種麻煩，可以在任何一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行架設(shè)基準(zhǔn)站，這樣避免了很多麻煩，方便了使用，但是有一個(gè)需要注意的問題：校正導(dǎo)向是在轉(zhuǎn)換參數(shù)已經(jīng)打開的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

4.3測量斷面信息

該斷面測量工程的數(shù)量較多，假如使用以往的測量辦法，需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，使用GPS RTK測量技術(shù)結(jié)合施工坐標(biāo)來施工省時(shí)省力，兩人兩天的施工效率和兩組全站儀一周的施工效益相同，這樣工作效率明顯的提升了。

橫斷面測量前，要將設(shè)計(jì)路線信息和橫斷面信息調(diào)入頁面中，將“橫斷面設(shè)計(jì)文件”打開，依據(jù)測量的實(shí)際信息量將文件調(diào)入其中，這樣就可以進(jìn)入到橫斷面線路測量的頁面，依據(jù)圖示移動(dòng)光標(biāo)使其和設(shè)計(jì)的信息相同或者是誤差在有效的范圍之內(nèi)，這樣就可以點(diǎn)擊“距離”按鈕進(jìn)行采點(diǎn)測量［4］。

測量的時(shí)候可以使用快捷鍵來操作，測量前確保所有的參數(shù)在有效的范圍之內(nèi)，信息采集結(jié)束，按照自己的要求轉(zhuǎn)換保存格式。

4.4 放樣施工

一般在施工過程中會(huì)使用RTK方法進(jìn)行放樣，只需要把坐標(biāo)在放樣文件中編好，將不同的坐標(biāo)輸入不同的放樣點(diǎn)中，接下來點(diǎn)入放樣指示界面，在這個(gè)界面中會(huì)顯示放樣點(diǎn)與當(dāng)前點(diǎn)之間的距離，依據(jù)顯示的局里調(diào)整放樣的位置。

當(dāng)與放樣點(diǎn)的距離在90cm以內(nèi)時(shí)，在軟件中會(huì)自動(dòng)提示進(jìn)入精確放樣的界面，這時(shí)候還會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生提示音，一般都是一聲長鳴，“嘟”的一聲提示音后，會(huì)在界面中產(chǎn)生30cm、60cm和90cm為半徑的圓圈，進(jìn)入不同半徑的點(diǎn)都會(huì)有提示音出現(xiàn)，有一個(gè)精確局部進(jìn)行放樣的按鈕，點(diǎn)擊后會(huì)出現(xiàn)精確放樣的設(shè)置界面。

在這個(gè)界面中會(huì)有不同的兩個(gè)設(shè)置，放樣顯示和放養(yǎng)提示。在放樣提示這個(gè)設(shè)置中可以選擇放樣的最大半徑和最小半徑，以及設(shè)置不同提示音。放樣圈的個(gè)數(shù)與最小值和最大值有關(guān)系，一般會(huì)是最大值是最小值的整數(shù)倍的那個(gè)數(shù)值。在這個(gè)界面還具有測量功能。

放樣時(shí)最好使用快捷鍵，能夠節(jié)省大量的時(shí)間?？旖萱I數(shù)字8為上一個(gè)放樣點(diǎn)，數(shù)字9是放樣點(diǎn)的查找。對工程放樣是一個(gè)非常好的方式，不論是基礎(chǔ)的處理還是回填開挖都會(huì)應(yīng)用RTK放樣技術(shù)。

4.5線放樣

線放樣一般指的是直線放樣，線放樣有自己的坐標(biāo)庫，打開后，首先選擇與放樣一致的直線（一般在文件中存在已經(jīng)完成的放樣線），一旦在文件沒有找到使用的放樣線，可以點(diǎn)擊增加這個(gè)按鈕，在界面中輸入終點(diǎn)和起點(diǎn)的坐標(biāo)，就會(huì)形成你想要的樣線。

若想在文件中顯示里程信息，則可以在輸入時(shí)輸入里程數(shù)據(jù)，因此在界面中不同的位置就會(huì)顯示不同的里程。

線放樣有兩個(gè)設(shè)置：顯示設(shè)置和提示設(shè)置。提示設(shè)置中的最大值指的是與放樣直線之間距離最大的兩條平行虛線之間的距離，最小值是指與放樣直線之間距離最小的兩條平行虛線之間的8距離。一般平行虛線的個(gè)數(shù)是最大值與最小值之間的整倍數(shù)。當(dāng)前點(diǎn)移動(dòng)到整數(shù)里程的時(shí)候會(huì)有提示音。

5　結(jié)論

當(dāng)前，在施工測量過程中，都面臨著怎樣在保證測量精度的同時(shí)，又保證測量效率的問題。采用RTK技術(shù)進(jìn)行測量，是一個(gè)非常好的技術(shù)手段，不但具有操作簡單的特點(diǎn)，而且測量精度也非常高，能夠快速測定地物點(diǎn)以及地形點(diǎn)的坐標(biāo)，所以在水利工程中，RTK技術(shù)應(yīng)用非常重要。

該工程通過使用GPS RTK測量技術(shù)，在保證測量精確性的同時(shí)，提高了測量精度，圓滿完成了工程測量任務(wù)，具有一定的借鑒引用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號：TV221.1；P228.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1008-1305（2016）01-0090-03

DOI：10.3969 /j.issn.1008-1305.2016.01.031

收稿日期：2015-07-28

作者簡介：高承恩（1983年—），男，工程師。