水利工程应用及精度分析

摘要：GPS（RTK）一直以来都是以技术精准度高，时效性强的特点著称，所以现阶段广泛应用于工程测量中，提高了工程的测量效率和质量。尤其是在水利工程测量中，GPS技术在地形测量、曲线放样、断面测量中发挥着巨大作用。在本文中，主要介绍GPS的使用方法及操作步骤，对放样的测量结果进行精确分析，得出GPS的测量精度要求的结论，本文将论证GPS（RTK）工程放样的可行性，并扩展了其应用范围，增强了实际操作能力，为之后的工作打下了基础。

关键词：GPS（RTK）；工程放样；点放样；曲线放样；精度分析

1GPS系统概述

在进行GPS定位时，会受到一些外部因素的影响，这些外部因素也会导致测量误差的出现，为了消除这些误差源，就必须使用几台以上的GPS接收机，使用的测量方法是静态测量法，静态测量法就是利用GPS接收机独立进行工作，然后人员观测，用后期的处理软件进行差分解算，对于RTK测量，也是使用的差分解算，但是这两种有细微的差别，后者是实时差分计算，RTK系统通常是由三部分构成：第一部分是GPS接受系统，第二部分是传输系统，第三部分是软件系统，传输系统主要是由基准站的发射电台和接受电台组成，是是实现实时测量的动态设备，RTK在进行测量时，基准站与流动站要同时观测卫星数据，将所接受到的信号全部发射出去，流动站在接受卫星信号的同时也接受基准站的信号，在计算这两个信号的基础上能够确定出基准站与流动站的位置关系。

2RTK应用于工程放样的分析

在水利工程测量中，工程放样是不可缺少的，尤其是在一个规模较大的水利工程中，具有大量的施工放样工作，工程施工放样的质量也直接影响着工程的质量，所以，现阶段急需要解决的问题是高质量高效率地完成工程放样，在工程放样中，需要注意点放样，这种放样方式就是通过一定方法和设备，将设计好的点在实际位置标出来，在过去，采用的传统放样方式多种多样，比如经纬仪交会放样，全站仪等，在放样期间先设计出一个点位，然后再来回移动目标，这项操作往往需要2人配合，在放样期间，也需要点与点之间的通视情况良好，如果在放样过程中，遇到困难会借助于多种方法才能实现，所以在实际应用效率上并不高，如果使用的是RTK技术时，只需要将提前设计好的点位记录进电子手簿中，人员只需要手持GPS接收机，它就会提醒你走到放样点的位置，既方便又快捷，因为RTK是通过坐标放样的，所以精准度较高，因为在放样过程中只需要一个人操作，而且有一定精准性，所以工作效率也会大大提高。

3利用RTK进行点放样和曲线放样

3.1利用RTK进行点放样。利用RTK进行点放样，就是将建筑中的形状和大小通过点的形式表示出来。比如在建筑物中，建筑物具有一个中心、四个角和一个转折点，所以点放样是建筑物测量的基础。使用RTK进行点放样与传统的点放样方法相同，都需要控制两个点，但不同的是传统方法通过距离来进行放样定点，而RTK主要是通过控制2~3个点来进行测量，就可以通过电磁波通视的方法进行点位放样，这也是传统方法难以做到的，点放样工程实例：（1）测前准备：在测量之前需要先确定2~3个控制点，然后再计算出放样点的坐标，检查后续工作中要使用的仪器设备是否完好无损。（2）架设基准架：人员需要将基准架放置在无人空旷的地方，然后再安装电台，将仪器设备连接好，打开主机开始工作，随后将电台打开，设置一个正确的频率。（3）建立工程：打开移动站的主机，然后等待卫星稳定，卫星稳定的标志是存在5颗以上卫星，这时候连接上蓝牙，然后设置正确的参数，投影参数和工程名称，当参数都设置好后，工程建设完毕。（4）输入放样点：接下来就是输入放样点，需要先打开放样库，然后手动编辑放样点，也可以把提前编好的放样点输进去，打开放样点文件，然后选择覆盖或是追加坐标库。（5）改正参数：参数的修正包括两种方法，第一种是控制点的坐标方法，第二种是利用点的坐标进行校正的方法。（6）输入放样点坐标：选择一个测量的坐标，然后将点放样，进入放样屏幕，点击打开按钮，然后将之前编好的放样文件放入坐标管理库，再点击放样点，增加放样点坐标。我们假设全站仪的坐标值是真实有效的，那么它测定的数值就是真值，那么运用GPS和RTK测得的数值产生的差值就是误差值，根据工程规范指出：点位之间的误差不得超过5cm。（1）使用RTK测量出的结果，与全站仪测量之间产生的误差，结果都是厘米级，互差值最大的是2.7cm，最小的是0.6cm。（2）如果我们以全站仪测定的坐标为依据，那么RTK的点位误差都在5cm以内，那么这两种方法的误差点计算公式就应该是m=±ΣΔ2n姨，计算出的结果是1.8cm。（3）如果我们以统计数据结果为准那么就需要假设全站仪的测量结果是准确的，RTK的测量结果可以精确到厘米，但是需要注意的是在各点位之间，是不存在误差累计的，也克服了传统的测量技术的缺点，完全能够满足点位之间的精确度要求。（4）经过本次测量，测量的结果考虑的是全站仪误差忽略不计的情况，因为如果我们考虑全站仪的误差，就有可能会出现误差大于5cm的情况，这样的误差产生的原因很有可能是系统本身自带的误差，也有可能外部环境所造成的误差，或者是人为操作不当引起的误差，但造成误差的主要原因是测量环境中的路径误差或是干扰误差。（5）对于上述造成的误差，我们可以根据分析误差的原因，来减小或者消除误差，比如可以改变基准站的位置，选择地形开阔的地点，也需要远离无线电发射的源头、雷达和高压电线等装置。3.2利用RTK放样在公路、铁路以及河道、输电线上，所有的管道工程都是属于线型工程，他们的中线都统称为线路，这些线路都是由直线与虚线组成的，尤其是在线路发生方向的地方，连接转向处的曲线叫做平曲线，平曲线又分为两种，第一种是圆曲线，第二种是缓和曲线，圆曲线是有一定曲率半径的圆弧。3.2.1一般曲线放样方法当圆曲线进行放样时，首先要找准放样曲线的点，比如说找准直原点，曲中点和与圆直点，先测出α，然后设计出圆曲线的半径，由图可知：根据图1的公式计算出切线、曲线以及切曲线等。（1）T=tanα2R（2）L=α180°πR（3）E=R（secα2-1）（4）q=2T-L根据传统的方法，需要根据曲线要素的放样算出曲线主点，再根据曲线主点算出放样的其他点，由于放样是根据已经放样的主点计算出来的，所以容易造成误差累积。在放样测量时，需要先放置好仪器设备，将仪器放置在交点上，先定一个线路方向，然后沿着两条切线分别测量出切线的长度，才能够确定出曲线的起点和终点，然后在交点上算出视点，在得分角线方向，计算出外矢距，这样就可以得到曲线中点QZ，再把仪器架设在ZY处，用极坐标法或者偏角法进行曲样的放样。3.2.2曲线放样工程实例。在我市的浉河河道治理工程中，河道边坡施工放线的测绘工作采用的是南方双频设备，该设备精确度较高，可靠性较好，将基本控制点设为放样的基准点，最终选用的是GPS设备，计算出了该流动站的距离为2km，在该范围内，能够向基准站发出准确数据，然后选定了浉河两岸的城市GPS控制点2个，作为本次工作的基准点框架，然后开始进行浉河治理工程的放线工作。在这次放样工作中，桩号为K19+860~21+020段的是圆曲线，所以在这里我们采用的方法就是曲线放样，曲线各点的坐标为已知数据。3.2.3曲线放样的精准度。根据前文所说的曲线放样，为了进一步检验放样点的精确度，我们用了全站仪对放样曲线进行测量，并对比测量结果与放样点的真值，观察曲线点的设计坐标和全站仪测量的近似值两者之间的误差。得出的结论和点放样类似。（1）将RTK的测量与全站仪的测量结果进行对比，我们发现两者的测量结果互差在厘米的范围之内，其中最大的误差为-1.8cm，而纵向误差为-2.7cm，点位互差最大为3.1cm，最小为0.4cm。（2）如果我们以全站仪的定点为坐标值，那么RTK测得的数值误差就在5cm以内，那么按照公式，RTK的放样点点位就应该是m=±ΣΔ2n姨，计算出的结果是1.6cm。（3）我们用RTK进行测量，当曲线出现横向和纵向偏差时，完全可以忽略不计的，因为其满足工程的要求，所以比常见的仪器设备测出的精准度更高。（4）如果在测量过程中，存在误差超过范围的点，我们可以根据测量条件，判断出误差的位置和原因，对于放样点在市区中的工程，误差的产生多是由信号干扰造成的，对于一些接近大面积水域的区域，出现的误差则为多路径误差。（5）如果是遇到误差极限的点，我们可以采用静态GPS进行测量，然后制作模板，标出点正确的位置，然后用经纬仪和电子测距仪进行测量，再重复同样的操作，标出正确位置。

参考文献

[1]张正禄.工程测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2002.

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[4]赵红.水利工程测量[M].中国水利水电出版社，2010.

[5]《水利水电工程测量规范》（CH2-601-81）.

作者:李燃 单位:信阳市水利勘测设计