RTK技術(shù)在表面流向及流速測量中的應(yīng)用.docx

1、ApplicationofRTKTechnologyintheMeasurementofSurfaceFlowDirectionandFlowRateLULi-fu(GuangxiWuzhouWaterwayAdministrationDivision,Wuzhou,Guangxi,543002)Abstract：Summarizingthetechniqueandcharacterofmeasurementmethodforthesurfaceflowdirectionandflowrateofinlandriverindifferentperiod,thepaperpresentsthee

2、xperienceinnewtechnologyapplicationandexistingproblems.ItalsobriefsthedevelopmenttrendofGPS-RTKmeasurementtechnologyandthespecificoperationmethodofGPS-RTKinmeasuringthesurfaceflowrateanddirection,whichprovidesreferenceforstreamlinetraceandpositioningobservation.Keywords：Measuringsurfaceflowdirection

3、andflowrate；GPS-RTK；Application文章編號(hào)：1673-4874(2006)06-0061-03RTK技術(shù)在表面流向及流速測量中的應(yīng)用陸歷富(廣西梧州航道管理處，廣西梧州543002)摘要：文章綜述了不同時(shí)期內(nèi)河表面流向及流速測雖技術(shù)方法和特點(diǎn);介紹了新技術(shù)應(yīng)用中取得的經(jīng)驗(yàn)及存在的問題，并簡單闡述了GPS-RTK測域技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和GPS-RTK在表面流速流向測信的具體操作方法，為流線跟蹤定位觀測提供參考.關(guān)鍵詞:表面流向及流速測GPS-RTK；應(yīng)用中圖分類號(hào):U612文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A河工模型試驗(yàn)是進(jìn)行內(nèi)河航道整治工程的前期工作，必不可少,水文測量工作則為河工模型試驗(yàn)水

4、文分析研究提供原始資料，河流表面流速及流向則是水文測量工作中重要內(nèi)容之一。根據(jù)水運(yùn)工程測量規(guī)范，內(nèi)河表面流速及流向一般宜采用浮標(biāo)法觀測，定位點(diǎn)間距不宜超過圖上30mm,浮標(biāo)標(biāo)體露出水面高度A>0.1m,同一河段各測次所用浮標(biāo)形式大小、材料和入水深度相同。浮標(biāo)平面位置測定的方法,在傳統(tǒng)上有前方交會(huì)法和極坐標(biāo)法，目前最先進(jìn)的施測方法是用GPS-RTK(RealTimeKinematic)技術(shù)實(shí)施定位，即是采用載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分來測定平面位置。1內(nèi)河表面流速及流向測技術(shù)的發(fā)展1.1傳統(tǒng)測方法1.1.1外業(yè)測量傳統(tǒng)的表面流速及流向測量方法一般采用經(jīng)緯儀、平板儀前方交會(huì)法和全站儀極坐標(biāo)法進(jìn)行。前

5、方交會(huì)法存在以下缺點(diǎn)：(1) 精度不高，施測條件要求比較苛刻，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，需要?jiǎng)佑幂^多的人力、物力資源，常受人為因素及地理環(huán)境的影響，特別是在內(nèi)河航道測最中尤為突出。(2) 投放的浮標(biāo)是動(dòng)態(tài)漂移的，而且標(biāo)體小，用光學(xué)儀器瞄準(zhǔn)追蹤精確定位是非常困難，特別是在流速較大的河段及浮標(biāo)流經(jīng)測站,面前時(shí)，要求技術(shù)人員有嫻熟的基本功和豐富的交會(huì)經(jīng)驗(yàn),否則很容易造成追蹤不到浮標(biāo)而漏交測點(diǎn)。(3) 山區(qū)河流一般通視條件比較差,要滿足觀測的連續(xù)性，就必需加密測站數(shù)址。一般情況下都要布設(shè)48個(gè)測站，如果施測河段長，人員和儀器不足的情況下，還要進(jìn)行滾動(dòng)式布站，即是前站組(1、2站)施測完畢后立即搬移至后站組(5、

6、6站)的后面進(jìn)行梯級(jí)銜接，以此類推，交通船舶需要在測站間來回運(yùn)送，費(fèi)盡周折，工作效率非常低下。采用全站儀極坐標(biāo)法雖然可以減少布設(shè)測站個(gè)數(shù)，但是同樣存在以上缺點(diǎn)，況且全站儀的測程有限，同時(shí)對(duì)全站儀靈敏度要求較高，否則遇到流速較大的測段，將無法實(shí)現(xiàn)對(duì)快速移動(dòng)的棱鏡定位。在現(xiàn)實(shí)工作中,采用全站儀施測可行性很小，測段時(shí)常有好幾公里,同時(shí)配備幾臺(tái)全站儀是很不現(xiàn)實(shí)的，而且外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度還是比較大，容易產(chǎn)生漏點(diǎn)等等。1.1.2內(nèi)業(yè)處理如果使用全站儀施測，可以直接測得浮標(biāo)的平面直角坐標(biāo)，外業(yè)測量數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，利用測最成圖軟件處理數(shù)據(jù)成果，成果資料調(diào)用起來還是比較方便，自動(dòng)化達(dá)到了一定的程度。如果是使用經(jīng)

7、緯儀、平板儀交會(huì)，內(nèi)業(yè)整理只能采用圖解法進(jìn)行,該工作工序多，包括對(duì)點(diǎn)、內(nèi)業(yè)重交會(huì)、定點(diǎn)、轉(zhuǎn)繪、計(jì)算等等。在外業(yè)測量:時(shí)交會(huì)精度巳經(jīng)較低了，內(nèi)業(yè)處理上又經(jīng)過幾道工作程序，誤差累積就相當(dāng)大，精度相對(duì)很低，為此，要保證必需的精度，每一道工序都需要嚴(yán)格控制,無形中增加了工作的難度。12目前新技術(shù)的應(yīng)用1.2.1新儀器的基本情況在GPS技術(shù)應(yīng)用到測量領(lǐng)域后，測量方法得到了長足發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了高效、快捷、全天候、同步、較大范圍施測,特別是GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用后，外業(yè)測量更顯得輕易，尤其在水文測量方面,其定位優(yōu)點(diǎn)更為突出。目前,GPS-RTK測量定位系統(tǒng)的硬件設(shè)備有2種：（1）分體式，為早期產(chǎn)品，移動(dòng)站包括衛(wèi)

8、星接收主機(jī)、GPS天線、RTK數(shù)據(jù)采集器、UHF接收天線、各個(gè)部件間聯(lián)接線和蓄電池等，部件數(shù)量繁多,連線復(fù)雜繁瑣;（2）-體化.為后期產(chǎn)品，衛(wèi)星接收主機(jī)、GPS天線、工作電池、UHF接收天線等融合為一體，簡化了各個(gè)部件間的聯(lián)接，重量和體積比早期的分體式要輕巧得多，操作員控制的RTK數(shù)據(jù)采集器勺主機(jī)的聯(lián)接也采用了藍(lán)牙技術(shù)。雖然一體化RTK小巧了，全套裝置重量比較輕，但是仍然大大超出浮標(biāo)的承載能力。因?yàn)橹谱鞯母?biāo)個(gè)體不能太大，不然會(huì)影響它的自然漂移，從而降低測量:精度，所以在現(xiàn)今階段，在浮標(biāo)上安裝GPS-RTK對(duì)表面流速流向進(jìn)行測量是不現(xiàn)實(shí)的做法。經(jīng)過多次探索和實(shí)踐，我們通過對(duì)測量部分操作進(jìn)行一些

9、改進(jìn)，巧妙地把GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用到表面流速及流向測量上,對(duì)浮標(biāo)進(jìn)行比較精確的跟蹤定位。在此介紹廣州中海達(dá)測繪儀器公司出產(chǎn)的GPS-RTK應(yīng)用方法。1.2.2GPS-RTK在水文測量中的工作模式各水文要素相互之間是密切美聯(lián)的，要獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù).各項(xiàng)測量內(nèi)容必需同步進(jìn)行.瞬時(shí)比降觀測、流態(tài)觀測、流量測辰、含沙鼠觀測及河床質(zhì)取樣均要在同一天內(nèi)完成。我們?cè)诠ぷ髦胁捎?+n模式進(jìn)行施測，即多臺(tái)移動(dòng)站共用一臺(tái)基準(zhǔn)站,這樣各個(gè)測量工作組就可以同時(shí)共用基準(zhǔn)站的差分信號(hào)，達(dá)到同步測量的目的，提高了定位精度。充分發(fā)揮了GPS-RTK儀器的自身優(yōu)勢(shì)。1.2.3GPS-RTK在表面流速流向測量的具體操作（1）基準(zhǔn)

10、站布設(shè)。為了保證全段測鼠的連續(xù)性,將基準(zhǔn)站布設(shè)在測區(qū)中部，并盡量選擇地勢(shì)較高的位置上，同時(shí)將發(fā)射天線盡可能地放置于高處，這樣不必遷移基準(zhǔn)站就可以覆蓋整個(gè)測區(qū)，也就保證每條流線跟蹤定位觀測都有效。（2）對(duì)原有儀器的改進(jìn)方法。就是把衛(wèi)星接收天線從測桿上分離，并橫向結(jié)實(shí)地捆綁在長竹桿上，每到測量時(shí)間間隔就用竹桿把衛(wèi)星接收天線伸延至浮標(biāo)上方，測定浮標(biāo)位置,得到浮標(biāo)的坐標(biāo)值。該方法只需要一艘測艇及3名工作人員即可實(shí)施，其中個(gè)測量技術(shù)人員操控RTK數(shù)據(jù)采集器，一個(gè)把持衛(wèi)星接收天線跟蹤水面浮標(biāo)，另一個(gè)負(fù)責(zé)掌控測童艇緊緊跟隨浮標(biāo)。該測量方法不但操作靈活，工作筒便，而旦大大減少了所需測址人員（如果是分體式RTK

11、,測艇上2名人員即可，因?yàn)樾l(wèi)星接收天線是獨(dú)立的，重量很輕，技術(shù)員一手持采集器,一手持衛(wèi)星接收天線就可以完成操作），提高了定位精度，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。（3）內(nèi)業(yè)處理。完成了外業(yè)數(shù)據(jù)（包含點(diǎn)號(hào)、時(shí)間、經(jīng)緯度、直角坐標(biāo)、高程等將存儲(chǔ)到自動(dòng)生成的格式文件中）采集后，為了編輯需要，在格式文件基礎(chǔ)上另外生成.dat數(shù)據(jù)格式文件并輸出到計(jì)算機(jī)，以備成圖軟件調(diào)用，即可進(jìn)行內(nèi)業(yè)的數(shù)據(jù)整理及成果資料的成圖編輯工作。打開海洋成圖軟件，把測得的浮標(biāo)坐標(biāo)值錄入坐標(biāo)庫，然后利用軟件的坐標(biāo)庫作圖功能把各測點(diǎn)的點(diǎn)位（屬性為小圓圈）及連線（屬性為折線）自動(dòng)標(biāo)作在編輯的。map圖文件上，小圓圈和折線就構(gòu)成了浮標(biāo)的漂移軌跡線,亦即表

12、示了河流的表面流向，至此，就完成了表面流向測量的整個(gè)工作過程。然后根據(jù)相連測點(diǎn)的坐標(biāo)值、時(shí)間，計(jì)算出河流的表面流速值，其計(jì)算公式為：V=S/TV流速，單位為m/s；S相連測點(diǎn)間位移,單位為m；T完成相連測點(diǎn)間位移時(shí)浮標(biāo)漂移所用的時(shí)間,單位為So最后，把流速值逐一標(biāo)示在小圓圈的連線間，整個(gè)表面流速及流向測員:工作就大功告成了。在最后成圖里它們的表現(xiàn)形式如下圖1：2GPSRTK溯量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)目前，對(duì)GPS-RTK測量技術(shù)影響最大的應(yīng)該是通訊技術(shù)。GPS-RTK用于測量領(lǐng)域主要是運(yùn)用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分(Real-timekinemat-ic)技術(shù)，是GPS應(yīng)用的重大里程碑,它實(shí)際上是在一個(gè)測

13、站對(duì)兩個(gè)目標(biāo)的觀測量、兩個(gè)測站對(duì)一個(gè)目標(biāo)的觀測量或一個(gè)測站對(duì)一個(gè)目標(biāo)的兩次觀測量之間進(jìn)行求差，其H的在于消除公共項(xiàng),包括公共誤差和公共參數(shù)。消除減少誤差的方案是:基準(zhǔn)站通過電臺(tái)將采集的載波觀測量及站坐標(biāo)信息等的數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)一同發(fā)送給移動(dòng)站，移動(dòng)站將自身的載波相位與來自基準(zhǔn)站的載波相位組成相位差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,從而實(shí)時(shí)得出厘米級(jí)的定位結(jié)果。數(shù)據(jù)鏈的收發(fā)是通過無線電通訊技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，它受到諸多條件限制和影響，易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號(hào)源的干擾，在發(fā)送過程中衰減嚴(yán)重，嚴(yán)重影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑，最主要是基準(zhǔn)站的電臺(tái)發(fā)射功率不夠大，信號(hào)覆蓋區(qū)域面積有限，所以目前GPS-RTK

14、施測范圍還不是很廣闊。當(dāng)前,這個(gè)問題的解決途徑是融合GPS-RTK及GPRS兩項(xiàng)技術(shù)，借助GPRS通訊技術(shù)的廣闊覆蓋面，將GPS-RTK數(shù)據(jù)鏈順暢傳送，從而達(dá)到擴(kuò)大測控范圍的目的。屆時(shí)，基準(zhǔn)站和移動(dòng)站之間的距離可以大幅增大，只要移動(dòng)通訊信號(hào)能到達(dá)的地方，移動(dòng)站就能接收到數(shù)據(jù)鏈，測雖工作將得以很好地延續(xù)，大大提高基準(zhǔn)站設(shè)置的選擇性。在目前，國家有計(jì)劃在大中城市布設(shè)GPS公共基準(zhǔn)站,到時(shí)候進(jìn)行測量工作可以不用另行架設(shè)基準(zhǔn)站，只需配備移動(dòng)站即可開展測量工作。如果科技得到更大發(fā)展.GPS-RTK移動(dòng)站變得非常輕巧，足以安放在浮標(biāo)上時(shí),那么通過遙控，表面流速及流向測量工作將變得更加輕易。3結(jié)束語綜上所述,GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用使測8：工作效率大大提高，節(jié)省了大量人力、物力，取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益。新技術(shù)新儀器設(shè)備在測量領(lǐng)域的應(yīng)用過程中布很多優(yōu)點(diǎn)，解決了很多實(shí)際工作難題，但是有些新技術(shù)在應(yīng)用時(shí)仍會(huì)受到現(xiàn)實(shí)工作中各種因素的制約,需要技術(shù)人