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        GPS RTK技術(shù)在青海湖容積測量中的應(yīng)用

        2019-03-26 10:55:59
        分析儀器 2019年1期
        關(guān)鍵詞:定位設(shè)置軟件

        (1.青海省水文水資源勘測局,西寧 810001;2.北京邁時永信科技有限公司,北京 100094)

        GPS是一種衛(wèi)星定位和導(dǎo)航系統(tǒng),隨著GPS技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展其越來越受到人們的關(guān)注,能夠顯著提高定位性能。GPS技術(shù)的應(yīng)用帶來了控制測量方法的創(chuàng)新,能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級的精度[1]。(1) 我們經(jīng)常使用GPS技術(shù)來提高現(xiàn)場操作的效率,實時動態(tài)RTK技術(shù)是一種常用的測量技術(shù),然而其是使用載波相位差來開展實時處理的。近年來,RTK技術(shù)發(fā)展迅速,RTK技術(shù)的出現(xiàn)為項目布局,地形測繪和各種控制測量帶來了新的操作方法。它是GPS應(yīng)用的里程碑,特別是在水下地形中使用RTK技術(shù),效率提升更為顯著。(2)本文通過RTK技術(shù)在青海湖容積測量水下地形數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用,介紹其作業(yè)流程、數(shù)據(jù)處理及優(yōu)勢,并得出一些經(jīng)驗性結(jié)論。

        1 工程應(yīng)用實例

        1.1 測區(qū)基本情況

        在本次測量中,首先測量了國家水利湖,所選擇的是青海省中國最大的鹽水湖—青海湖,所測量的地形圖比例為1∶50000,青海湖總體呈橢圓形,占地面積為4240平方km,南北寬64km,周長為365km。

        1.2 設(shè)備和軟件

        在本次測量過程中,使用的是美國雙頻 GPS,型號為 Trimble sps46。探測儀的型號為 ECHOJRAC MKⅢ。便捷式電腦,其中帶有兩個串口,可以通過外接屏顯示。所需要的電腦軟件為水文綜合測量軟件,以及EPSW繪圖軟件。

        1.3 坐標(biāo)和高程系統(tǒng)

        在本次測量過程中,平面坐標(biāo)系使用的是CGC2000坐標(biāo)系,參考國家1985高程系統(tǒng)。

        1.4 準(zhǔn)備工作

        (1) 設(shè)置NMEA,GGA的輸出各式,電腦的其中一個串口需要接到移動臺主機上,第二個串口需要接到發(fā)生器上,啟動水文綜合測量軟件之后設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù),包括頻率和類型參數(shù),將聚合參數(shù)文件驅(qū)動發(fā)送到主機CGA信息上。

        (2)需要進行海洋導(dǎo)航軟件的設(shè)置。當(dāng)項目新建之后,需要執(zhí)行投影設(shè)置,以采用的坐標(biāo)系為CGC2000,采用高斯投影6°帶的投影方法,中央子午線為99°,采用坐標(biāo)計算3個參數(shù),分別對應(yīng)兩個坐標(biāo),分別是WGS84和CGC2000。

        (3)設(shè)計斷面線。根據(jù)地形圖比例尺要求,使用軟件功能生成橫截面線,該測量是每850米鋪設(shè)一條橫截面線。 在每條橫截面線上每400米測量一個測量點,還可以圖紙導(dǎo)入以及將目前現(xiàn)有的地形圖作為指示。

        1.5 地形測量工作流程

        ( 1)利用基站定位在已知點使用相應(yīng)的測量手冊,將測量模式改為RTK的測量模式,設(shè)置基站參數(shù)以及無線電臺的參數(shù),同時啟動機障完成設(shè)置參數(shù)之后,會看到電臺上會顯示信號燈。

        (2)設(shè)置移動站。安裝在船上后,移動臺的GPS開啟和無線電天線,并在基站中手動選擇測量值,當(dāng)所接收的衛(wèi)星數(shù)量超過五個時,同時電信號被接收初始化為RTK等于固定的模式,此時可以進行定位。

        (3)測試。將筆記本電腦連接到移動臺的顯示器,以及探測儀啟動水文綜合測量軟件之后,打開測試區(qū)域并開始測量,能夠看到窗口會顯示所測量的定位信息,這個信息是與儀器定位結(jié)果相符合的。同時,在信息窗口中顯示由發(fā)聲器測量的深度,并且可以通過與實際深度進行比較來獲得各種校正參數(shù)。

        (4)水下地形施測。啟動測量船并實時、動態(tài)地在計算機顯示器和外部顯示器上顯示測試點的位置,并控制船舶按照預(yù)測路線和測量船的符號。在觀察過程中,軟件將水下地形點的表面位置和深度數(shù)據(jù)存儲在文件中。

        (5)數(shù)據(jù)處理。由于RTK技術(shù)所檢測到的結(jié)果,實際上就是實時移動臺電線平面位置和高度,由于測量時水比較深,該軟件會記錄兩組數(shù)據(jù),包括水樣的實際深度和綜合修正輸出,格式的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)合并等,觀察后,外部行業(yè)收集的原始數(shù)據(jù)將被重新編制,將處理之后的數(shù)據(jù)會傳輸?shù)较嚓P(guān)的軟件進行編輯,完成加工之后,輸出所需的地形和剖面圖形,最終輸出圖形模式。

        1.6 應(yīng)用建議

        設(shè)定坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的有關(guān)參數(shù)。在這一過程中,會進行參數(shù)的轉(zhuǎn)換,包括3個和7個參數(shù)轉(zhuǎn)換,用于將GPS所導(dǎo)出的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的坐標(biāo)格式,對于RTK技術(shù)來說,可以利用檢測儀的檢測方法轉(zhuǎn)換一些局部坐標(biāo)系,因此可以設(shè)置3個和7個參數(shù),在導(dǎo)航軟件中同時需要對兩個參數(shù)進行設(shè)置。這一工作涉及多種通信,包括計算機,GPS主機串行,無線電臺通信,是通過不同的軟件來實現(xiàn)的,操作步驟比較復(fù)雜,因此需要在室內(nèi)進行調(diào)試,操作前需要參考相關(guān)的指導(dǎo)手冊。

        2 RTK與水下地形測量結(jié)合的優(yōu)勢

        水下地形測量可以分為兩個平面水深和平面定位,在RTK技術(shù)出現(xiàn)之前,通常采用的是極坐標(biāo)法進行平面測量,另外,此外還有交叉法或者電磁波定位法,然而這種方法精確度較低,在定位和同步發(fā)聲方面效率較差,操作效率低。 隨著數(shù)字探測技術(shù)的不斷完善,其優(yōu)勢在于:

        (1)高精度。RTK技術(shù)定位精度可以達到厘米級,最終的坐標(biāo)精確度能夠?qū)崿F(xiàn)0.5%。

        (2)同步觀測。導(dǎo)航軟件可以接收探測聲音和RTK的定位信號,并將這些數(shù)據(jù)儲存在所指定的文件中。但是過去的測量方法在操作時無法避免數(shù)據(jù)采集相對滯后的問題,嚴(yán)重影響測量質(zhì)量。

        (3)實時定位。在進行水下地形測量時,所采用的方法是剖面法進行測量,如何控制船舶在橫截面上的行駛是一個關(guān)鍵問題。之前的做法是基于岸上設(shè)置的橫截面標(biāo)記,然而,這種方法在實際測量過程中效果比較差,常常會導(dǎo)致測量點不均勻,圖像質(zhì)量采集效果較差。然而,利用RTK技術(shù)和探測儀,能夠使用導(dǎo)航軟件進行預(yù)先的路線設(shè)計,在操作時屏幕上會顯示實時定位信息和相對的路線位置圖,進而能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的導(dǎo)航,在實際施工放樣和測量地形中,這種優(yōu)勢是比較明顯的[2]。

        (4)高效率。目前我們常采用的全站儀和測量儀,這種方法中在操作過程中必須實時跟蹤測量目標(biāo),而且這種方式跟蹤質(zhì)量較低,在當(dāng)前經(jīng)常使用的“全站儀+測深儀”方法中,操作期間操作員必須始終跟蹤目標(biāo)。全站儀和發(fā)聲器之間的數(shù)據(jù)通信無法實現(xiàn)。在RTK +數(shù)字測深儀的組合中,操作員無需訪問,定位和探測數(shù)據(jù)會自動存儲在指定的文件中。它實現(xiàn)了數(shù)字化,自動化,快速,準(zhǔn)確,大大降低了操作人員的勞動強度。

        (5)適用性強。只要水相對開放并且衛(wèi)星信號沒有被阻擋,它們就可以實現(xiàn)全天候測量,進而能夠從一定程度上發(fā)揮RTK技術(shù)的時效性和有效性。

        3 結(jié)語

        使用 RTK技術(shù)測量水下地形在大面積勘測區(qū)域的開放區(qū)域具有很大優(yōu)勢,但在一些受阻比較嚴(yán)重的地區(qū),比如河道,峽谷等,這種方法無法取代傳統(tǒng)的測量方法,為了能夠?qū)崿F(xiàn)更好的測量效果,需要綜合利用及坐標(biāo)法以及交叉法的方法進行測量[3]。RTK技術(shù)能夠徹底轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)人為進行水下地形測量的方法 ,在測量精度,測量效率方面顯著提升,同時也從一定程度上減少了工作人員的勞動力度,且隨著RTK技術(shù)的發(fā)展,該技術(shù)未來將在測量控制,縱橫斷面測量,施工放樣這些方面具有廣泛的應(yīng)用。

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