水利水电工程测量技术范例(3篇)
时间：2024-08-30
时间：2024-08-30
关键词：水利工程测量；RTK技术
Abstract:GPStechnologyhasbeenwidelyusedinvariousareas,especiallyinthemeasurementofthewaterconservancyprojectisverywideapplicationprospect.AccordingtotheGPSRTKtechnologyandprinciplemeasurement;RTKinwaterconservancyengineeringmeasurementoftheapplicationandthemainerrorsourcesandRTKrestrictedfactorsareputforward,theerrorcontrolandimproveRTKmeasurementresultsthemainmethodofquality;
Keywords:waterconservancyprojectsurvey;RTKtechnology
中图分类号：TV文献标识码：A文章编号：
前言：GPSRTK技术的系统组成GPSRTK技术即实时动态测量技术,测量精度高、实时性和高效性强,可获得三维测量数据,成为最先进的技术设备和最经济的测量方法,在很大程度上提高了工作质量和效率。
1GPSRTK测量技术及原理
RTK(RealTimeKinematic)测量技术即实时动态测量技术，是以载波相位测量与数据传输技术相结合的实时差分GPS测量技术，是GPS测量技术发展里程中的一个重要标志。它由三部分组成：(1)基准站接收机；(2)数据链；(3)流动站接收机。
RTK工作原理是：利用2台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台接收机在已知高等级点上(基准站)安置，对所有可见卫星进行连续的观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，即未知点上的另一台GPS接收机。流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，然后根据载波相位差分技术的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度，实现实施高精度定位。
2相对于传统测量及GPS常规测量，RTK测量主要的特点
(1)定位精度高。RTK测量标称精度可达到：lcm+1ppm(平面)，2cm+lppm(高程)。
(2)实时、快速提供三维坐标。RTK通过实时处理2s内即可测得三维坐标。
(3)作业距离远、操作简便、效率高。作业半径能达到10km。RTK技术的自动化程度高，观测人员主要工作是设置好基准站，然后进行流动站作业，而其它观测工作如卫星的捕获、跟踪观测等均由仪器自动完成。如采用1+2配置，即1台基站，2台移动站，2个测量小组可以同时施测，可减轻现场测量人员的劳动强度，提高工作效率。
(4)测站之间无需通视，是相互独立的观测值，不存在误差积累传播。
3水利工程中应用GPSRTK测量技术
3．1控制点加密的测量
在首级控制网的基础上，为满足地形图及断面等测量的需要，必须进行加密控制点的测量。而水利水电工程多位于偏远地区，已知高等级控制点较少，常规的控制测量方法是测距仪导线，测量精度受到很多条件限制，且工作量大。而用GPSRTK加密测量控制点则很简单，只需在测区10km范围内有3个以上且包含测区的高等级测量控制点即可，操作简单方便，平均每天可测量30～40个加密控制点，效率较高。
3．2水下地形测量
水利工程测量最难的是水下地形测量，水下地形复杂，作业条件差，而水下地形资料的准确性对水利工程建设十分重要。传统水下地形测量方法大多采用经纬仪交汇或全站仪配合测深仪，其缺点是：精度不高，测区范围有限，工作量大，人员配置多等。随着GPS测量技术在测量中的空前发展，水下地形测量也较多地采用GPSRTK技术，主要设备有：双频TrimbleGPS5700RTK，中海达数字单(双)频测深仪，海洋测量软件。进行GPSRTK水下地形测量的步骤是：将GPS、测深仪和笔记本电脑连接成一体，导航软件对测量船进行定位，并指导测量船在指定测量断面上航行，GPS和测深仪将实时测得数据导入笔记本电脑，由海洋测量软件处理生成水下地形图或导出*．Dat数据，再由成图软件绘制水下地形图。
从几年测量结果来看，GPS在水下地形测量的应用，大大提高了测量的精度，减少了工作量，缩短了工作日，并且输出的数字化的水下地形图为今后地理信息系统（GIS）的建立和管理创造了有利的条件。
3．3施工放样测量
利用RTK随机软件中放样的功能进行点、直线、曲线放样功能，进行施工放样测量。输入设计好的已知坐标作为参考点和目标点，流动站实地所在位置的坐标作为修正点，电子手簿屏幕上的图形显示出实地待定点相对于目标点所偏移的距离，按照指示移动流动站，直到满足所要求的精度。同样方法可以用来复样及检查验收。
3．4数字化地形图测量
利用RTK快速定位和实时得到坐标结果的特点，在一定的测量环境中可以进行地形测量。地形点的测量可以在数据采集的功能下进行，也可以根据现场地形的实际情况进行测量设定，采集完的地形点经过成图处理，生成数字化管道地形图。地形点的采集可以单人作业，极大地节约了人力和时间。
4RTK的误差来源与受限因素分析
4．1主要误差来源
GPSRTK的误差一般分可为三类：
（1）与GPS卫星和RTK仪器有关的误差：包括GPS卫星轨道误差、钟误差、RTK天线相位中心变化等。
（2）与信号传播有关的误差：包括大气延迟误差（即电离层误差）、对流层误差、多路径效应误差、信号干扰误差等。
（3）与操作人员有关的误差：包括基准站误差、转换参数引起的误差、基准站与流动站之间的距离、基准站与流动站操作人员（数据链）误差等。
4．2受限因素分析
（1）受卫星状况限制
当卫星系统位置对美国是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值。另外，在高山峡谷深处、密集森林区或城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中可作业时间受限制。产生假值问题采用RTK测量成果的质量控制方法可以发现。作业时间受限制可由选择作业时间或加密控制点等来解决。
（2）空间环境影响
白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，常接受不到5颗卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行测量。在某市郊区，我们做过试验，在同样的条件和同样的地点上进行RTK测量，上午11：O0之前和下午3：30之后，RTK测量结果准而快，而中午时分，很难进行RTK测量。可见选择作业时段的重要性。另外为了削弱电磁波辐射干扰作用，选点时应远离干扰源，如离无线台发射塔200米外。
（3）作业半径比标称距离小的问题
RTK数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响测量精度和作业半径。在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。另外，当RTK作业半径超过一定距离(一般为几公里，每种机型在不同的环境又各不相同)时，测量结果误差超限，所以RTK的实际作业有效半径比其标称半径要小很多，工程实践和专门研究都证明了这一点。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。
（4）初始化能力和所需时间问题
在山区、一般林区、城镇密楼区等地作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多。容易造成失锁，采用RTK作业时有时需要经常重新初始化。这样测量的精度和效率都受影响。解决这类问题的办法主要是选用初始化能力强、所需时间短的RTK机型。
（5）高程异常问题
RTK作业模式要求高程的转换必须精确，但我国现有的高程异常图在有些地区，尤其是山区，存在较大误差，在有些地区还是空白，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得相当困难，精度也不均匀。局部地区（特别是矿区）受地球磁场的影响，还存在高程异常突变的问题。
5误差控制和提高RTK测量成果质量的主要方法
研究表明，RTK确定整周模糊度的可靠性最高为95%，RTK比静态GPS还多出一些误差因素，如数据链传输误差等。因此，和GPS静态测量相比，RTK测量更容易出错，必须进行质量控制。
5.1控制RTK误差的主要方法
（1）GPS卫星和RTK仪器有关的误差控制。GPS卫星轨道误差及钟误差来源于GPS卫星本身，就RTK测量(短基线)来言，影响很小，该两项误差可以忽略不计。而RTK天线相位中心变化误差则可通过观测值的差分来削弱相位中心偏移的影响，同时要求接收机的天线应按天线附有的方位标志进行定向，必要时还应进行天线检验校正。
(2）信号传播有关的误差控制。大气延迟及对流层误差属于GPS卫星到地面电磁波传播而产生的误差，一般来说通过双频RTK同步差分及控制天线高度角（>15°）来得到有效消除。多路径效应误差和信号干扰误差是RTK定位测量中最严重的误差，它源于天线周围的环境的发射波和干扰源，一般为几个厘米，高反射、高干扰环境下可达十几厘米。控制多路径效应误差的最有效方法是选择开阔地，远离大面积水域、大型建筑物等发射源。控制信号干扰误差的最有效方法是远离雷达站、无线电、电磁波、高压线等干扰源。
（3）操作过程有关的误差控制。控制基准站误差、转换参数引起的误差的方法是提高基准站精度和密度，提高转换参数的准确度。而控制数据链误差的主要方法是选择合适的作业半径（
5.2提高RTK测量成果质量的其他措施
(1)已知点检核比较法。在布设控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点，然后用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核，发现问题即采取措施改正。
(2)重测比较法。每次初始化成功后，先重测l～2个已测过的RTK点或高精度控制点，确认无误后才进行RTK测量。
(3)电台变频实时检测法。在测区内建立2个以上基准站，每个基准站采用不同的频率发送改正数据，流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据从而得到2个以上解算结果，比较这些结果就可判断其质量高低。
以上方法中，最可靠的是已知点检核比较法，但控制点的数量总是有限的，所以没有控制点的地方需要用重测比较法来检验测量成果，电台变频实时检测法的实时性好，但它需具备一定的仪器条件。
关键词：GPS测量技术；GPSRTK；水利水电工程
中图分类号：TV文献标识码：A
1.GPSRTK测量技术原理
GPS技术指的是全球卫星定位技术，此项技术在全球各个领域均得到了非常广泛的应用。而RTK指的是实时动态，此技术在水利水电工程中测量中，发挥着实时提供测量控制点坐标系的三维定位结果的作用，其结果甚至能精确到厘米级的定位。在水利水电工程的测量工作中，RTK的技术基础为GPS技术，二者共同构成了GPSRTK技术体系。
RTK技术是一种在观测载波相位值的基础上进行实时动态定位技术，其有效结合了数据传输技术与GPS测量技术，并能提供处于制定坐标系中的测站点的三维定位结果，其测量精度达到了厘米级别。RTK测量系统一般由基准站接收机、数据链及流动站接收机三部分共同组成。分析GPSRTK技术的工作原理，在采取RTK技术进行测量的过程中，通过应用工程流动站的GPS接收机，从而在观测GPS卫星的基础上，采集并记录相应信息。同时，GPS接收机将基准站发出的信号进行接收，并将基准站测量的数据进行准确的计算处理。然后通过利用整周模糊度的求解技术处理测量的数据，将整周模糊度求解出来，最后便得到了精确度达到了毫米级别的测量数据。
2.GPSRTK在水利水电工程测量中的应用
2.1加密控制点
水利水电工程的控制测量中，因为精度要求较高，施工条件复杂，所以往往耗费大量的人力财力物力。而如果使用了GPS-RTK辅助加密控制点测量，只需要使用全站仪使用边角法在15km范围内布置大约3~5个控制点就可以完成基础的控制点布置。使用控制点对GPS-RTK校准后，采用1+2的模式进行测量，2个走点人员每天可以测量40个以上的加密控制点。且其测量精度都可以达到厘米级别。GPS-RTK进行加密控制点测量时，之前的控制点之间无需对望就可以实现最初的校准。
2.2水下测量
采用传统的六分仪测量法以及三杆分度仪测量法，往往精度只能达到分米级别，无法实现精确的工程测量。且传统测量方法人员配置多、工作量大，工作条件需要涉水较为恶劣。而采用GPS-RTK测量法的逐渐普及，采用GPS配合测深仪进行的水下测量就实现了极大的便利。采用徕卡GPS530动态GPS测量仪和中海达单（双）频测深仪，联合手提电脑上安装的专业海洋测量软件，则可以在船上直接读出河床的GPS数据，特别是对于河床高程进行较为详细的记录。而且，自动化的海洋测量软件，可以在测量的同时自动成图，还可以勾画出高接解析度的河床基础模型。海洋测绘软件导出的*.dat文件，可以直接被CASS7.0读取，与地籍管理系统实现对接。以往在地籍管理系统中仅对区域内的水体边缘进行了测量，没有对于水底河床进行测量，在本次地理信息调查中，我们采用的新测量方法，可以更加精确的对于水下地形进行全面详细的管理。
2.3施工放样
GPS-RTK模式下，最大的测量优势在于施工放样的测量上，使用GPS稳站后，可以快速的对于整个区域进行高密度的放样测量，因为RTK每2秒就可以取得一个点的精确三维坐标，所以，施工放样测量的速度仅取决于走点人员的走动速度。在这种模式下，配合山地自行车或者沙滩车等辅助工具，放样走点人员可以快速的对整个区域进行走点放样，实现高速的放样测量。甚至4个测量人员采用1+2模式，可以用短短几个小时的时间，对整个水库工地进行放样测量，这种放样测量对于水库水位管理等具有非常现实的意义。
2.4数字化地形图测量
在蓄水工程开始前，需要对周边很大面积的地形进行控制，这种控制对于蓄水面积和村庄及其他设施的搬迁规划有着重要的意义。对于因为水库蓄水地区往往是在山区，其地形起伏较大，地形控制点取点较密。而采用全站仪的边角法测量，因为视野不开阔需要频繁移站，可能对一个水库的地形控制点测量需要数个月的时间，消耗大量的人力物力财力。而如今，采用GPS加密控制点测量法，只需要用全站仪在区域内防止几个控制点，然后采用GPS-RTK，可以在短短数周内完成对整个区域的数字化地形图测量。
2.5地物GIS数据采集
在水利施工过程中，需要对某些地物进行GI数据采集，比如需要沉入水底的就地保护的文物，以及区域内新建或者改建的信号塔及其他公共基础设施。这些地物的采集，因为测量点数少，如果单独使用全站仪从附近的控制点进行测量，可能会带来很低的控制效率。而如果采用GPS进行稳站测量，可以在很短的时间内使用很少的人力对这些地物点进行精确控制。
3.GPSRTK技术测量质量的保障措施
3.1误差控制措施
随着水利水电工程测量工作对GPSRTK技术愈发广泛的应用，测量误差等问题也逐渐暴露出来。在GPSRTK技术测量出现误差时，通常从GPS技术着手进行误差控制。当卫星出现了一定的错误时，GPS便发生了轨道误差，但此种误差在水利水电工程的测量中，对测量值的影响比较小，因而可以忽略不计。从RTK作业角度分析，当使用的天线发生了相位变化，便会导致测量误差的产生，针对此种误差，只要将天线进行检验校正便可实现误差控制。
此外，信号传播出现的误差同样对水利水电工程的测量结果产生影响。GPS信号传播出现误差主要由自然环境造成。在一天的中午，电离层造成的干扰是最大的，此时共用的卫星数量少，因而导致初始化时间过长而无法进行测量的结果。因此，测量人员需选择适宜的作业时段。然而，对于RTK技术在使用过程中出现的多路径效应误差，以及由于信号干扰导致的误差，通常采用的误差控制措施便是在实际工程测量过程中，加强对周边环境的检测，通过尽量远离无线电、电磁波及雷达站等信号干扰源，实现测量误差的最大化控制。
3.2提高工程测量质量措施
目前，提高水利水电工程测量质量的方法通常从RTK测量技术方面入手，常见的为已知点检核比较法。此种方法以RTK技术测出的测量点三维坐标为基础，通过比较检核这些坐标点，明确测量过程中误差的所在，并进行有效的解决及控制。此外，重测比较法也常用于提高工程的测量质量。重测比较法指的是对工程测量中确定无误的精度较高的控制点，以及已经经过测量的多个RTK进行重新测量，在将新测得的数据与原始数据进行比较，从而发现问题所在，并采取行之有效的解决措施。此外，在提高水利水电工程的测量质量操作中，还可采用电台的变频实时检测等方法。
结束语
实践证明，由于GPSRTK测量技术具有操作简单、测量精度高，能将地形点和地物点的坐标，以及地图中的图根控制点进行快速测定等优点，因而为充分保障水利水电工程的测量质量，加强对GPSRTK技术的应用具有重要的意义。
参考文献
[1]王耀华，尚学勇．GPS在水利水电工程测量中的运用探讨[J].河南建材，2011（10）
关键词：水利水电工程；测绘；自动化技术
引言
在水利水电工程当中，通过积极运用测绘技术能够对实际工程建设情况，以及其他有关工程建设的相关方面进行深入调查了解，在对其进行详细分析的基础之上获得更加全面的工程建设信息，这对于发现影响水利水电工程建设的阻碍因素，确保其保质保量完成建设等方面均具有至关重要的现实意义。而将自动化的测绘技术运用在水利水电工程当中，还能够有效提升工程建设效率与质量，使得水利水电工程能够有效发挥其推动社会经济实现可持续发展的重要目标。为此，本文将对水利水电工程中的测绘自动化技术进行分析研究。
1自动化的测绘技术
随着时间的推移，我国科学技术已经攀登上了一个全新的发展高峰，越来越多的先进技术手段和仪器设备譬如GPS技术、卫星航拍技术等相继出现，并被广泛使用在各领域当中，为我国社会经济的发展提供了重要帮助[1]。受此影响，测绘技术的功能也越来越多样化，并且自动化痕迹越来越明显。包括遥感技术、全球卫星定位技术等在内的各种自动化技术运用在测绘领域当中，通过使用高精尖科技设备进行探测分析，使得工程测绘的效率得到大幅提升，并且工程测绘结果也更加具有精确性与有效性，运用自动化测绘技术的水利水电工程，其质量和效率也有了进一步保障。
2水利水电工程中的测绘自动化技术及应用
应用于水利水电工程中的自动化测绘技术，需要立足于数据支持，而探测器获得的信息数据则需要利用网络连接的方式将其及时传输至后端的计算机当中，由工作人员通过进行相关数据模型的构建，以有效完成对测绘数据的全面深入分析，进而为水利水电工程建设提供参考依据。
2.1GPS技术
GlobalPositioningSystem（全球卫星定位技术）被人们习惯性地简称为GPS技术。其最主要的功能便是可以进行精确定位，而所有定位工作则均需要建立在卫星导航系统的基础之上。具体来说，在水利水电工程中，运用GPS技术进行测绘之前，工作人员首先需要建立起基站和流动站，同时在基站位置处安装一台GPS接收器，并以此作为原始坐标点，负责采集基站通流动站相互传递的信号；此后工作人员需要将另一台GPS接收器安装在流动站当中，同样负责采集相关卫星数据，但其需要将采集得到的卫星数据和之前在基站中获得的数据进行对比分析，以此获取最终的工程测绘数据并在此基础之上实现对测绘区域的实时动态监测。利用全球卫星定位技术的测绘，可以以一种更加简单、高效、精确的方式获得工程需要的测绘数据，以此有效保障水利水电建设的科学性与合理性，加之该项技术成本低廉、操作简便等巨大优势，使其在水利水电工程等各项工程测绘当中均得到广泛使用，图1展示的就是基于全球定位技术的测绘，在水利水电工程中的应用原理。
2.2GIS技术
GeographicInformationSystem（地理信息技术），也被人们简称为GIS技术，该项技术涉及的科学内容众多，包括空间信息、计算机、测绘遥感等，通过将其进行有机整合之后，利用一种可视化的方式直观、形象地展现出各种地学空间信息。在水利水电工程中，运用基于GIS的测绘技术，可以借由相关仪器设备对位于地理空间当中的各种信息数据进行准确采集，并完成数字化的处理工作，而利用三维立体的显示方式，使得测绘人员能够在计算机当中直接明确标志物以及与之相对应的具置，在此基础之上，工作人员通过建立起信息化系统，可以精确、高效地完成对空间信息的观测和预报，并为水利水电工程中的各项决策、决议工作提供重要信息和参考意见[2]。图2展示的就是在水利水电工程中运用基于GIS测绘技术的工作原理。
2.3RS技术
所谓的RS技术就是一种通过使用能够准确捕捉到电磁波的遥感器，在避免和目标物体进行直接接触的情况下，对目标地物进行准确探测的遥感技术。将遥感测绘技术运用在水利水电工程当中，则是通过利用安装的遥感器，对工程中存在的各种电磁波的反射、辐射和散射情况进行全面搜集，并对其进行进一步的加工处理和深入分析，从而完成工程建设情况等判定工作。而相比于其他的测绘技术，基于遥感技术下的工程测绘具有极高的时效性，适用于测绘面积比较大的工程项目当中，尤其是其获得的测绘数据具有良好的综合性，因此也深受水利水电工程的欢迎。
2.4数字化技术
在当前水利水电工程测绘当中，数字化技术的使用也比较频繁，尤其是在对测绘地图进行数字化处理的过程当中，工作人员通过使用数字化的地图技术，在工现代化工程测绘新技术中的重要组成部分，该领域的运用主要表现在工程测绘的地图数字化技术方面，其通过分别使用扫描和跟踪数字化的方式，使得在测绘过程中工作人员可以获取具有极高精确性的数字化地形图，在为水利水电工程建设提供便利的同时，也大大提升了测绘数据的准确度。特别是在数字化技术的使用之下，原本分散的数据和图像资料等可以转化为电子格式进行统一集中管理，在互联网的帮助之下，测绘数据的传输与编辑也变得越来越高效，这对于提高测绘和工程建设效率，控制成本等均具有重要的促进作用[3]。
2.5数字摄影技术
通过结合摄影与数字影像摄影测量原理后，杂糅了包括处理和识别数字影像以及计算机技术等在内的众多方法技术而形成的数字摄影技术，能够有效满足地形地势复杂多变、建设规模比较大的水利水电工程的建设和测绘要求。工作人员通过建设全数字摄影工作站，并结合实际情况灵活运用数字摄影技术与GPS技术，使得拍摄到的摄影图像可以从3D向4D进行转化，不仅摄影测量工作变得更加智能化、自动化，测绘人员也可以更加直观、立体、全方位地了解各项工程信息，方便日后水利水电工程的有序建设。
3结束语
通过积极将自动化的测绘技术运用在水利水电工程当中，能够有效帮助工作人员在面对复杂地理环境和建设条件的情况下，也可以更加精确、快速地全面获取各项测绘数据，掌握第一手的工程建设信息。而相信在未来，测绘自动化技术还将随着不断发展的科学技术得到进一步优化完善，从而可以更好地运用在水利水电工程建设当中。
参考文献
[1]刘志龙,王松,刘鎏.浅谈水利水电工程测绘自动化技术[J].资源节约与环保,2015(02):90-91.
[2]王松,刘鎏,刘志龙.试析遥感技术在水利水电工程测绘中的应用[J].资源节约与环保,2015(03):170-171.
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