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簡述GPSRTK技術在遼寧地區水利工程測量中的應用論文

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0 引言

簡述GPSRTK技術在遼寧地區水利工程測量中的應用論文

控制測量作業模式從以往經緯儀測角配合基線邊長條件平差求解,進化到靜態衛星定位測量、單主站RTK 實時動態衛星定位測量。GPS RTK 測量作業有操作人力少及施測時間短的優勢,爲加速控制測量作業的速度,使用GPS RTK 辦理加密控制測量方式亟待推廣。

GPS RTK 測量方式有人力、作業時間的優勢,但其精度及作業方法是否能符合需求,仍有探討空間。GPS RTK 系統定位精度,經測試研究平面精度在3cm 以內,由於採再現性比較方式,僅能說明其精密度,對於其運用於地籍測量的可用性,仍缺乏相關研究及受限於作業規範及法源。

1 水利工程的特點

河道整治、通航、過魚、過木、水力發電、污水處理等具有特殊功能的水工建築物,水工建築物以多種形式組合成不同類型的水利工程。水利工程具有如下特點:

1) 種類繁多。各種與水相關的工程均可歸入水利工程,水見的幾種形式。

2) 技術複雜。水利工程建設涉及氣象、水文、地質、力學( 流體與固體) 、機械、電力、自動化、經濟等多種學科、多種專業、多種技術,是技術含量很高的系統工程。

3) 影響面廣。一項大的水利工程不僅透過其建設任務對所在地區的經濟和社會產生影響。而且對江河、湖泊以及附近地區的自然面貌、生態環境、自然景觀,甚至對區域氣候都將產生不同程度的影響。這種影響有利有弊。規劃設計時,必須對這種影響進行充分估計。

2 GPS RTK 定位原理

GPS RTK 基本原理爲多個GPS 基準站全天候連續接收衛星資料,經由或其它通訊設備與控制中心連接,控制中心彙整所有基準站接收的`觀測資料,產生區域改正參數資料庫,以計算出任一移動站附近的虛擬主站的虛擬觀測量。在主站構成的基線網內,使用者運用移動站所接收的觀測量,透過GSM系統將NMEA 格式資料傳回控制計算中心,經控制中心計算虛擬觀測量後,運用OTF 載波相位未定值解算法進行短基線實時動態定位解算,求解整數週波未定值及移動站Epoch - by - Epoch 座標,再將座標傳送至移動站。或經控制中心計算虛擬觀測量後,將虛擬主站觀測量以RTCM 格式用GSM 系統傳輸至移動站,移動站運用本身RTK 軔體進行實時動態定位計算,並儲存座標於PDA。

隨着基線距離的增長所需的整數週波未定值( Integer Ambiguity) 求解收斂時間也就越久,主因在於二次差分無法有效消除觀測量中的系統誤差影響量,導致定位精度降低和無法正確解算載波相位的整數週波未定值。爲克服傳統RTK 技術的缺陷,提出RTK 技術在RTK 技術中線性衰減的單點GPS 誤差模型被區域形的GPS 誤差模型( 即多個連續觀測站所組成的GPS 用以估計該地區的GPS 誤差模型)所取代,併爲該GPS 覆蓋地區RTK 用戶提供系統誤差實時內插數據。用戶收到的並不是一個真實主站的觀測資料,而是一個虛擬的主站GPS 觀測數據,其觀測數據已加入該區域經計算後實時內插的系統誤差數據。一般使用端需含有RTK 韌體儀器才能進行RTK,不僅提供用戶管理與延伸座標轉換及大地起伏計算,並節省使用端的成本及開發產品的便利性。

3 應用案例分析

遼寧地區某水庫擬建壩高67. 5m,庫容0. 8438 × 108m3,正常蓄水位618m,控制流域面積503km2。壩址區全部坐落在粉砂岩地區,具有複雜的剪切帶構造和斷裂構造發育,同時不同深度發育有弱風化帶、強風化帶。可行性研究階段共選擇了3個壩址,即上壩址、中壩址和下壩址。

結合GPS RTK 技術,對遼寧地區某水庫樞紐工程場址選擇進行工程地質綜合指數評價。首先,根據該地區的工程地質資料,製作參與工程地質綜合指數評價的各因子圖層: 地形地貌圖、地層巖性分佈圖、構造剪切帶圖、水文地質圖、地質災害分佈圖、天然建築材料分佈評估圖等。

靜態測量作業採相對定位原理,相同時段5 個GPS 接收儀同步接收衛星資訊,經內業下載後轉成RINEX 格式以差分方式解算各測站間基線,靜態測量主要優點爲基線解數量多檢核條件足夠,且共同衛星數達4 顆即能解算,透空度要求較不如GPSRTK 的要求高。3 個不同時段的共同點位,可將各時段基線網合併組成一個自由網分析全網基線質量,再將網形制約於R133 檢查其它已知點後不符值後,強制附合於符合規範較差的已知點座標,並檢查平差後基線較差以瞭解成果精度。

依遼寧地區某水庫樞紐工程分佈圖清查已知點位是否存在,清查結果如已知點數理不足,依原座標改正後實地放樣並配合金屬探測器挖掘已知點,直至已知點分佈及數量符合作業所需,並重制最新已知點分佈圖。由於計算過程發現部分點位有錯誤或誤差過大,致某水庫樞紐工程測量制約條件不足,應儘量再清理已知點,至制約條件符合需求。區內如有重測時調查所載指界的界址,也可加入作爲制約條件,只有質量評估檢查時應更嚴謹。使用單主站RTK( Topcon 雙頻) 再檢測後,運用重測系統進行三參數轉換,以RTK 座標制約在B79 及B319 GPSRTK 座標,比較RTK 檢測GPS RTK 座標前後的差異性,比較結果B43、B50、S807 較差小,B78、B320 較差過大應予剔除。

4 結論

在利用GPS RTK 技術對水利工程進行測量時,個別作業精度及可靠度要求較高時,可透過增加每次施測時間、不同時段施測次數或在比較不同時段施測平均值較差時限縮較差值,以提升精度及可靠度。以本次實驗爲例,可檢測不符值高的已知點後,檢測結果再加入重算平均值,以改善或降低不符值,提高精度。