GPS-RTK在水下断面测量中的应用

２０１２年第３期　西部探矿工程　ｌ２７　ＧＰＳ—ＲＴＫ在水下断面测量中的应用　袁绍洪　（东华理工大学，江西抚州３４４０００）　摘要：ＧＰＳ－－ＲＴＫ技术如今已广泛应用于水利测量中。主要介绍了在要求较高的航道断面测量　中，ＲＴＫ如何配合全数字测深仪进行断面测量。　关键词：水下断面测量ＧＰＳ－－ＲＴＫ全数字测深仪　中图分类号：Ｐ６２８．４文献标识码：Ｂ文章编号：１ＯＯ４—５７１６（２Ｏ１２）Ｏ３—０１２７一Ｏ３　１　Ｔ程概况　水深，ＨＡＩＤＡ海洋测量软件进行导航和记录测量数据　以及进行数据后处理。ＴＯＰＣＯＮ　Ｈｉｐｅｒ接收机是当今　兰江航道升级工程全长６Ｏ多公里。整条河流由于　长期河道采沙，河道内沙丘和沟壑众多，严重影响航线　内船只航行安全，拟对航道进行升级整治，为兰江航道　升级的设计和施工提供断面资料。设计人员每隔５００ｍ　布设一个断面，要求每条断面线上断面测点间距３～　４ｍ。如采用传统的全站仪极坐标法加测深仪的方法，　将很难达到设计人员的要求，而且由于兰江下游江面较　宽，平均在１．５ｋｍ左右，传统测量横断面方法很难保证　断面方向线不会偏离。ＧＰＳ实时ＲＴＫ技术在水下测　量中的应用，很好地解决了这个问题。利用ＲＴＫ的实　时定位和导航功能，可以很方便地解决测点间距离和断　世界上最先进的、集成度最高的ＧＰＳ＋（ＧＰＳ和ＧＩ　（）－　ＮＡＳＳ）接收机。ＳＤＨ一１３Ｄ型回声测深仪可以将水深　数据通过量化器转换成数字量显示并从ＲＳ２３２口输　出，可与计算机直接进行通讯。ｉ贝０深精度高，可以方便　地进行声速调整，满足航道测量水深需要。　与传统作业方法相比，具有以下特点：　（１）利用便携机和ＲＴＫ、测深仪相连接，可以自动　记录坐标和水深数据，减轻劳动强度，提高工作效率。　（２）可以实现在１：１００００地形图上设计好断面线，　并将断面线绘制到ＨＡＩＤＡ测量软件中，测量时可以实　时根据测量软件中的断面线进行导航，指挥测船在设计　断面线上行驶，准确地测得断面线上各点的水下高程数　据。　（３）可以在兰江２０ｋｍ的范围内实现无需搬站，很　大程度上提高了工作速度，缩短工期。　３　ＧＰＳ—ＲＴＫ水下测量系统在兰江航道断面测量中　的具体应用　面方向线问题，有效提高了工作效率和精度。　２　ＧＰＳ－－ＲＴＫ水下测量系统简介　ＧＰＳ—ＲＴＫ实时动态定位技术是一项以载波相位　观测为基础的实时差分ＧＰＳ测量技术，它是利用两台　或两台以上ＧＰＳ接收机同时接受卫星信号，其中一台　作为基准站，其他接收机作为流动站。基准站不停地接　受卫星信号，并将带有已知点信息的数据通过电台实时　发送给流动站ＧＰＳ接收机。流动站接收机将自己接受　的卫星数据和接受来自基准站的数据通过手簿进行实　时差分定位，得到实时坐标。由于ＧＰＳ—ＲＴＫ不需要　由于测区位于兰江全流域，总长６０多公里，跨度较　长，航道为带状。我们首先在兰江上游兰溪县城建立基　准站。将一台ＴＯＰＣＯＮ　ＧＰＳ　Ｈｉｐｅｒ接收机安置于靠　相互通视，外界条件限制小，能快速高精度的定位作业，　减少了人为误差，保证测量工作的精度和速度。　ＧＰＳ—ＲＴＫ水下测量系统主要由三部分组成：　ＴＯＰＣＯＮ双频ＧＰＳ实时ＲＴＫ定位系统、ＨＡＩＤＡ海　洋测量软件以及成图软件和无锡ＳＤＨ一１３Ｄ测深仪。　它以ＴＯＰＣＯＮＧＰＳ—ＲＴＫ获得平面坐标，测深仪测量　近兰江高度较高的建筑物兰江港航管理所楼顶上，这样　可以让流动站接受的电台信号尽可能得好，所能接受到　的测区范围也可以大一点（图１）。　３．１基准站和流动站设置　（１）安装好基准站后，对基准站进行设置。将电台　频率拨到高频，可以保证信号的接受良好。选择手簿中　＊收稿日期：２０１１—０６—０９修回日期：２０１１－０６—２１　作者简介：袁绍洪（１９７５一），男（汉族），四川巴中人，东华理工大学在读工程硕士研究生，研究方向：工程测量　１２８　西部探矿工程　２０１２年第３期　Ｌ亘耍至蛋一～～……　垂至　【——————————　巫卜　薹　一运蛰压三至　’…　Ｉ　量软件　｝　换能器　～一一～～一　Ｌ—Ｌ——Ｌｊ　图１　ＧＰＳ实时ＲＴＫ水下测量系统示意图　基准站设置，输入接收机仪高，选择自动定位，等待３０ｓ　的时间，选择设置基准站。基准站设置好以后接收机就　开始通过电台发送数据了。　（２）由于前期在兰江地形测量中已经在兰江两岸沿　岸埋设了大量的ＧＰＳ控制点，我们可以很方便地求得　ＧＰＳ－－ＲＴＫ的坐标转换参数。将另一台ＧＰＳ　Ｈｉｐｅｒ接　收机安装到测杆上，连接好手簿和天线，组成流动站。　为了保证测量的精度，我们在兰江测区的源头开始，每　隔５ｋｍ在已知点上采集ｗＧＳ８４坐标，采点３个。在　ＲＴＫ手簿中可以利用地方点坐标和采集的ｗＧＳ８４坐　标计算坐标转换参数。在选择控制点的时候要注意避　开建筑物，在ＲＴＫ固定解的时候进行观测。坐标转换　完成后可以进行未知点的测量。　３．２　Ｈａｉｄａ海洋测量软件的设置　使用Ｈａｉｄａ海洋测量软件之前，必须对软件的参数　进行设置。建立新工程之后，设置好图幅参数以及比例　尺，计算坐标转换参数。Ｈａｉｄａ海洋测量软件５．０版本　提供了一个工具，可以利用ＧＰＳ－－ＲＴＫ接收机接受到　的ＷＧＳ８４坐标和已知点的地方坐标，计算四参数，可　以求得软件的坐标转换参数，要求已知点两点以上。　Ｔｏｐｃｏｎ　ＲＴＫ接受到ＷＰＳ８４坐标数据是ＢＩ　Ｈ格式　的，而Ｈａｉｄａ测量软件坐标转换中要求输入ｘｙｈ格式。　我们可以利用一个小工具，将ＷＧＳ８４坐标转换为ｘｙｈ　格式（如图２所示）。　坐标转换参数计算结果传送到一级地方坐标转换　并将此功能打开。坐标转换计算公式：　Ｘ　一Ｘｏ＋｛Ｘｃｏｓａ－－Ｙｓｉｎａ）Ｋ　Ｙ　：Ｙ０＋（Ｙｃｏ￣＋Ｘｓｉｎａ｝Ｋ　完成后可以连接ＧＰＳ－－ＲＴＫ接收机进行通讯。　３．３断面线位置的布设　利用已有的１：１００００兰江地形图，我们在图上按　设计要求５００ｍ间隔布设断面线，取出断面线两端的坐　标。在Ｈａｉｄａ测量软件中，利用布设计划线功能将断面　线布设成计划线。实际断面测量工作中就可以用计划　ｌ　曩　参ｊ０　０　菇　０。　＿　　・坐标＿糸　・．ｎ．斑　ｄ　耷喊叫　ｗＧｓ　８４　Ｈ露　ｌ　填｜ｌｌ瑚　Ｉ　中受１＿年媲ＩＪ董分　Ｉ　ｌ　Ｉｉ：ｎＩｌ：ｎ【Ｉ　ｎ【ｌｌ１ｆ１日　转凝　ｔ建搏　转撬　・ｎｌ　ｉｉ＞ｘ￣ｔＩ　ｉｉ　３１１；ＺＺ；Ｉ　４．３３００１１　ｙｌＩ’＞Ｉ１ｌｌ｛　ｌ　１，　Ｊ　＾：１１　Ｊｚｕｕｕ　、　ｎＩｌ｛　，　）ｎ　．＞［１１ＩＩ　ＩＩ　ｌ一　３Ｊ　…………●…　…　………一一～　一一　¨＿…　一～…一………１＿’一　图２坐标转换界面图　线来导航，确保断面线方向不会跑偏。　３。４数据采集　进行水下断面测量时，将ＧＰＳ—ＲＴＫ流动站和　ＳＤＨ一１３Ｄ测深仪安装在测量船上。利用便携机的　ｃｏｍ串口将接收机和测深仪连接起来，实时解算出测量　船上流动站位置的坐标，同步测量水深数据，自动记录　在计算机内。由于一般便携机只有一个ｃｏｒｎ口，必须　连接ＰＣ转接卡。在软件和ＧＰＳ—ＲＴＫ接收机进行通　讯之前，必须用ＴＯＰＣＯＮ提供的软件ＰＣＣＤＵ对接收　机进行设置。设置波特率为９６００，运行命令模式，输入　指令ｅｍ，，／ｍｓｇ／ｎｍｅａ／ＧＧＡ，此命令是让接收机把坐　标数据不停发送到计算机。打开软件，设置定位记录方　式为按实地行走距离３ｍ，这样可以保证设计所要求的　测点的密度。测量时，指挥测船沿计划线方向行驶，软　件可以显示测船航行的轨迹，可以在测量不到位的地方　重测，以弥补测点不够的地方。水位数据可以通过岸上　全站仪测量。可以通过不断把沿岸控制点加入到坐标　转换计算中，以保证测量精度，并可以将基准站迁至下　游适当位置，以保证电台信号强度。　３．５数据处理　ＧＰＳ—ＲＴＫ和测深仪采集到的数据通过Ｈａｉｄａ海　洋成图软件来进行数据后处理。系统采集到的数据要　经过采集水深取样、测深改正、水位数据改正、批量水深　改正等系列处理。数据处理完成后，可以将数据转换为　ＡＵＴＯＣＡＤ　ｄｘｆ格式或者直接生成地形数据格式。　３．６绘制断面图　在内业处理的时候我们采用广州开思测绘公司开　发的ＳＣＳ　Ｇ２００４多用途数字测绘与管理系统。利用　Ｈａｉｄａ海洋成图软件生成的ｐｄｆ数据或者地形数据格　式，可以将数据生成ＡＵＴＯＣＡＤ的ｄｗｇ图形。将全站　仪测得的断面桩数据展绘到断面图上，利用ＡＵＴＯ—　ＣＡＤ２００４的量距功能可以得出每条断面线上各个测点　和断面桩之间的平距，以及每个｛贝０点的高程，这样我们　（下转第１３０页）　１３０　西部探矿工程　２０１２年第３期　点坐标为（Ｘ＝ｄ－－ｂ＋＆，Ｙ＝ｃ），根据该住宅楼的建筑图　开挖一般比较深，大多时候挂上线时人很难够到线故而　无法采用重锤进行垂点。　纸中尺寸便可计算出其他轴线交点坐标，采用全站仪便　可测放出轴线点坐标。　实例二：Ｍ１、Ｍ２为轴线Ｈ延长线上点，Ｍ为轴线　１５延长线上点，已知Ｍ到Ｈ轴的距离，测放该住宅楼　的控制点。其计算简图见图２。　（３）采用挂线重锤垂点是以往搞建筑工程经常用的　种方法，虽然也能够把测量放线工作搞的较为精确，　但是该方法受诸多条件的影响：　①风的影响：该方法最忌讳的就是刮风，风稍微大　点重锤及线便来回摆动，致使该工作无法进行，故而　一一会影响到工程的进展。　②场地条件的限制：一些开挖较深的基坑，有时开　挖的深度在３～４ｍ，远远超过了人的身高，此时如采用　重锤法足以见其难度。另外测放出点后还要进行较长　时间的校核工作，也影响工程的进展。　（４）重锤法精确度很难比得上采用正余弦定理计　算，然后再用全站仪利用相对坐标法测放的点精度高。　经计算并测放出的点，很容易满足工程误差要求。　３要求与建议　（１）如果后视为轴线延长线上点，且该点在墙上或　图２计算简图　者无法支棱镜三脚架仅能用棱镜靠近该点时，采用正余　弦定理法用全站仪及棱镜进行距离测量，为了减小误差　已知：Ｍ点为仪器支放点，ＭＢ距离为口，根据建筑　要考虑到棱镜的厚度影响，并想法进行消除或减小该影　图及以上已知条件测放该住宅楼的轴线控制点。　响。　如图首先我们将ＭＭ　、ＭＭｚ连接起来，采用全站　（２）在利用正余弦定理进行计算时，要尽可能保留　仪测出ＭＭ１、ＭＭ２及　Ｍ　ＭＭ２分别为ｂ、Ｃ和ａ运用　较多位的小数点以减少误差。　余弦定理求出Ｍ　Ｍ。距离为ｄ，然后运用正弦定理求出　（３）计算出数据后采用相对坐标的方法进行工程测　ＭＭ。Ｍ　为　再运用余弦函数求出ＢＭｚ为厂，假设　量放线工作。　Ｍ点坐标为（Ｘ－－０．００，ｙ：０．００），则Ｍｚ点坐标为（Ｘ　（４）为了能够节省人力及提高工作效率，建议在今　＝＝＝－ａ，Ｙ：厂），并利用建筑图计算出轴线交叉点坐标，　后的工作中施工单位尽可能采用正余弦定理的方法进　以Ｍ点为基准点，Ｍ　点为后视点，采用全站仪便可测　行工程测量放线工作。　放出该住宅楼的轴线控制点。　４结束语　２正余弦定理在工程中应用的优点　本文列举实例仅为正余弦定理在工程测量中应用　（１）如果仅知道上述文字描述的少许条件可以根据　的个例，实际工作中正余弦定理在工程测量中的应用例　较少条件测放出工程的控制轴线。　子举不胜举。在今后的工作及生活中你也会遇到很多　（２）现在的工作中都追求一个效益的问题，采用上　运用勾股定理、正余弦函数、正余弦定理等诸多数学方　述的方法可以不把所有的轴线挂上线，既节约了挂线的　法解决工作中实际难题情况。　人力，又节约了工程开支，也提高了工程的效益。另现　在的工程很多都是高层或者小高层并带有地下室，基坑　（上接第１２８页）　决的技术难题，提高了测绘精度，而且充分利用了我院　就得到了传统的断面数据。利用ＳＣＳ　Ｇ２００４的绘制断　现有的传统仪器设备如无锡ＳＤＨ一１３Ｄ型测深仪，提　面图的功能，可以读人断面数据，自动生成横断面图。　高了资源利用率，提高了工作效率，缩短了工期，降低了　４结语　成本。为传统仪器与先进仪器ＧＰＳ—ＲＴＫ技术的进　ＧＰＳ实时ＲＴＫ动态定位技术在兰江航道水下断　一步结合应用与推广提供了宝贵的经验。　面测量中的应用，不仅解决了传统测量技术手段难以解