GPS定位技術和全站儀相配合在航道測量中的應用

1、GPS定位技術和全站儀相配合在航道測量中的應用廣東省航道勘測設計研究院有限公司 林方炎摘要：內(nèi)河航道工程的整治和維護，迫切需要實時準確地反映航道水深變化的航道水深地形圖。而GPS定位技術的應用迅速滲透到航道工程測量領域，尤其是GPS-RTK現(xiàn)代測繪技術的應用，大大提高了航道水深測量的周期和精度。本文結合西江航道整治工程的航道測量中GPS定位技術和全站儀相配合使用的應用實踐，探討兩者的優(yōu)化組合能夠快速、準確和高效地完成測量任務，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。關鍵詞：航道測量 全站儀 GPS RTK 1 引言以前的內(nèi)河航道測量是采用全站儀、測深儀等常規(guī)儀器進行，工作進度慢、效率低，且得花費大量的人

2、力物力，而GPS測繪定位技術在航道工程測量中的應用，大大地實現(xiàn)了航道測量人的美夢。本院測量隊在西江（肇慶至封開界首）172km的航道整治工程測量中，靈活配置全站儀和GPS定位儀的組合，大大提高了野外測量效率，在兩個月時間內(nèi)高速優(yōu)質地完成了所需的航道數(shù)字化水深地形圖。2 GPS定位技術和全站儀測量工作原理2.1作業(yè)工作原理實時動態(tài)測量RTK（Real Time Kinematic）技術是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術，它能夠實時快速地獲得測量點的三維定位坐標值。在RTK作業(yè)模式下，基準站接收機架設在已知坐標的參考點上，連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號。流動站接收機在初始后，通過無線數(shù)據(jù)鏈接收

3、來自基準站的載波相位觀測值、偽距觀測值等數(shù)據(jù)的同時也同步觀測采集GPS衛(wèi)星載波相位數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)內(nèi)差分處理求解載波相位整周模糊度，實時求算出流動站厘米精度級坐標。而全站儀雖然屬于電子測量設備，除了受測站互通視環(huán)境影響外，使用范圍還是比較廣，是一門比較成熟的測量定位技術。它的工作原理是在測站上架設儀器，通過測角、測邊確定測量點的位置，或直接測量待定點的坐標值，是常規(guī)的三維極坐標測量方法。2.2測量坐標系統(tǒng)轉換 GPS衛(wèi)星觀測的坐標系統(tǒng)為世界大地坐標系（WGS-84），而我們在平時的測量工作中通常使用的是國家標準的1954年北京坐標系或1980西安坐標系，這樣就存在一個坐標系統(tǒng)的轉換問題，坐標轉換

4、根據(jù)工程特點進行有七參數(shù)或三參數(shù)的轉換。全站儀測量不涉及到參數(shù)的轉換問題，如果需要轉換也是控制網(wǎng)坐標系統(tǒng)的統(tǒng)一轉換，與測量儀器無關。3 兩種測量儀器在西江航道測量的實際應用3.1工程概況、測量內(nèi)容和設備西江（肇慶至梧州界首）172km航道整治工程是“十五”期間廣東省的重點建設工程，按國家內(nèi)河二級航道標準進行整治設計，設計尺度3.5m80m550m（水深航寬彎曲半徑），航道整治的最終目標要達到江海直航標準，常年通航3000t級江海輪。測量內(nèi)容是對該河段進行全程172km的平面控制、高程控制、地形測量、水深測量及水位觀測等，測量比例尺為1:5000，并以CAD數(shù)字化建模成圖。測量技術標準主要以交通

5、部水運工程測量規(guī)范（JTJ 2032001）為依據(jù)。測量要求以GPS-D級網(wǎng)作為測區(qū)首級平面控制，并以河道走向布設I級附（閉）合導線和加密圖根點的測量，兩岸陸域地形從河道水邊線測至防洪大堤，地形測量面積約計80km2；河道全部水深測量面積約計140km2；加對河道中阻航礁石區(qū)進行1:500放大圖測量；測繪工期為100個工作歷日。 根據(jù)測區(qū)的特點，我們以兩個作業(yè)班組分組分段施測，共投入了6臺套雙頻GPS接收機（標稱靜態(tài)精度5mm1 ppm、動態(tài)精度10mm1 ppm），6臺套各類型級別的全站儀，3臺套數(shù)字化測深儀以及配備必要的多套地形水深測量成圖軟件。3.2平面控制測量中的應用根據(jù)測區(qū)河道流域的

6、地形特點，結合今后航道整治的施工定位、竣工驗收、航標設計定位及航道維護的實際需要，以D級GPS網(wǎng)作為測區(qū)平面控制的首級控制網(wǎng)，且以滿足I級導線測量規(guī)范下每隔8km左右在兩岸布設一對互相通視的D級點作為導線起（閉）點。本測區(qū)以三大段D級GPS網(wǎng)組成，且每個網(wǎng)交接處公共邊均進行聯(lián)測。I級導線測量是利用新測GPS-D級點作為起算閉合。導線布設時依江面寬窄情況沿單岸走向或之字形兩岸過渡。3.3碎部地形測量中的應用地形測量時根據(jù)各種因素綜合考慮，采用了GPS-RTK與全站儀相配合的生產(chǎn)模式，每測段各分為一個RTK作業(yè)組，兩個全站儀組，并跟水深組同步進行。由于地形測量范圍是從水邊線測至兩岸大堤頂?shù)拈L距離帶

7、狀，堤岸上的地形幾乎沒有遮擋，有利于RTK組的采點施測。在正式野外施測時，將基準站架設于已知的河邊小山頂、水閘頂和樓（屋）頂上的D級點上，RTK流動站初始化后，利用附近3個已知控制點求算坐標轉換參數(shù)和高程異常，然后進行碎部點的三維坐標的施測，每點觀測2min，觀測數(shù)據(jù)存入手薄機內(nèi)存中，同時現(xiàn)場畫草圖。一天的外業(yè)結束后，再取出所有的測點數(shù)據(jù)，到內(nèi)業(yè)繪制地形圖。而在測區(qū)江邊的城鎮(zhèn)、村莊、橋梁、碼頭、水閘和果園等地形，GPS天線遮擋嚴重，不利于RTK的固定解，則由全站儀組來完成。作業(yè)時先由RTK組在復雜的地形中布設至少兩個互相通視的RTK控制點，全站儀組在其上架設儀器進行碎部復雜地形測量，但施測前必

8、須對測站和定向站的距離（或坐標差）與高程進行檢核，如果s2cm或者h2cm就要注意檢查，如有必要則圖根點須重測。全站儀與便攜式電腦和繪圖軟件構成“電子平板作業(yè)模式”，即所測則所得，避免事后內(nèi)業(yè)處理的錯誤和負擔。3.4航道水深測量中的應用動態(tài)GPS-RTK水上定位技術，使水深測量走上了自動化測深的軌道。從水深斷面線的布設，水深點采集及最后成圖，均在計算機上完成，大大縮短了測量時間，并且做到測深定標與水上定位的時間完全同步，GPS天線與測深儀換能器可在同一位置，做到測深點與定位位置完全重合，從而提高了測深質量。在西江河面上基準站的數(shù)據(jù)鏈傳播可達15km，減少了以往全站儀測量時的搬站時間。一艘測深艇

9、上只需配備2人（其中1人駛船、1人操作電腦）一天則可完成4km2的水域測量面積。作業(yè)時不緊張，降低勞動強度，提高工作效率，徹底改變了傳統(tǒng)的水深測量作業(yè)方法。4 兩種測量儀器中實際應用的對比和精度分析從精度上分析，由于RTK測量不存在誤差積累問題，從大量的實測數(shù)據(jù)分析其測點精度基本可滿足圖根控制和碎部測量的要求，但要滿足一級導線的精度要求還應采取相應的措施，且其高程精度不是太穩(wěn)定，有時會發(fā)現(xiàn)一些明顯的測點高程偏差。而全站儀施測過程中則不會產(chǎn)生這樣的情況。經(jīng)用全站儀對RTK所測的部分碎部測量點進行檢核，它們的坐標和高程之差均在23cm，基本沒有超過5cm，可見用RTK所測結果是可信的，但在使用RT

10、K測量過程中應與周圍的所測相鄰點注意校核。從效率上考慮，RTK測量時只需較少的控制點，也就不需要經(jīng)常遷站，一個基準站數(shù)據(jù)鏈可以控制十幾公里的測程距離，節(jié)省了遷站上的時間，另一方面，RTK測量投入的人員少，一般一組只需12人，而全站儀一組則要配45人，特別是水深測量方面更能發(fā)揮其優(yōu)勢，因此利用RTK進行碎部地形、水深測量可以提高外業(yè)測量效率、減少現(xiàn)場成本開支。從經(jīng)濟上考慮，雖然RTK正逐漸得到普及，但它的價格還是比較昂貴，一般兩臺套基本型高精度的GPS配置售價30多萬元，而一臺比較好的全站儀售價在10萬元左右，并且性能非常穩(wěn)定，在十年內(nèi)基本不需要對其投入任何維護費用。如RTK整天當作全站儀來進行

11、地形測量，日積月累，其天線和電臺很容易出現(xiàn)問題，維護費用較高。為此在進行碎部測量時能夠使用全位儀的地方則多利用，而RTK則主要作控制測量、水深測量和在一些困難地區(qū)輔助全站儀使用。這種儀器配置模式，從本工程效果看，在各組相互配合、人員調配、工作效率上都取得了很好的功效，原本100天的測量工日，本隊僅用兩個月時間就順利地完成了所需的航道數(shù)字化水深地形圖測量任務。5 結論（1）GPS測繪定位新技術在未來的測繪行業(yè)將發(fā)揮越來越大的作用，靜態(tài)控制網(wǎng)測量，可完全起到控制整條江河流域的控制測量，至少能達到D級網(wǎng)以上精度，而在目前條件中RTK平面定位精度也比較穩(wěn)定，但高程測量方面應加以注意。（2）動態(tài)GPS-RTK定位技術，使航道水深測量走上了自動化測深的軌道，徹底改變了傳統(tǒng)的水深測量作業(yè)方法。（3）全站儀作為一門成熟的測量儀器在相當長的時間內(nèi)還會在碎部測量方面起主導作用。（4）在實際野