曹红胜　付银娟

(1.凤县水资源管理站, 陕西 凤县　712700； 2.凤县水利局, 陕西 凤县　712700)



GPS-RTK配合CASS软件在中小河流治理中的应用

曹红胜1付银娟2

(1.凤县水资源管理站, 陕西 凤县712700； 2.凤县水利局, 陕西 凤县712700)

本文结合凤县旺峪河防洪工程杜家河段工程实例, 对GPS-RTK技术和CASS软件在中小河流治理项目中如何使用进行了分析研究，并且阐述了野外地形测量、堤轴线点放样、内业数据处理与成图计算等方法。在中小河流治理项目中，该方法的应用提高了测量速度，能够更加精确地控制工程量。尤其在堤线优化调整中，该方法减少了内业操作步骤，提高了工作效率。

GPS-RTK； CASS软件； 操作应用； 数据整理

1　概　述

随着中小河流治理项目的多年发展，项目管理中的工程量问题最易引起纠纷，工程计量要能够体现科学性和规范性。土方量计算是工程管理的一个重要组成部分，也是最关键最繁琐的一项工作。土方量直接关系到工程造价，要求其一定要符合实际。一般工程土方量主要包括挖方、填方等。按照施工设计的精度要求，一般采用横断面法，近似计算工程量。即沿其纵断面每20m(具体数值根据不同的设计精度要求而定)取一个断面，计算其横断面面积(包括挖方、填方等)，再乘以断面间距，得出土方量。对于一条若干公里的河道来说，按这种方法计算工作量非常大。如果按照一个断面一个断面的手工计算，不仅工作量大，而且误差大、效率低。笔者研究发现，随着CASS软件技术的发展，在工程计量、堤线调整、地形测量方面其优越性逐渐显现出来，特别是对堤防横断面的套断面和河道疏浚计量工作更为有利，减轻了工作量，提高了工作效率。

该软件的计算是以RTK测量技术为前提。RTK测量技术是以载波相位观测为根据的实时差分GPS 测量技术, 是GPS 测量技术中的一个新突破, 可在野外获取点位厘米级的水平精度。RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于载体(称为移动站)上，基准站和移动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行对比，得到GPS差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的移动站精化其GPS观测值，从而得到经差分改正后移动站较准确的实时位置。

该项目采用M500测地型GPS接收机与HCE200手簿配套使用， M500的初始化快速精确，具有固定点测量和移动点测量的功能。HCE200是一款专门用于野外作业的手持数据终端。它是集外业和办公室功能于一体的手持式计算机，采用Windows CE6.0操作系统，配合M500的手簿测量软件，是测地通软件。该软件功能专业、全面、界面清晰、易学易懂，可运行于各种版本的CE系统及Mobile系统。测地通软件集实时绘图、电力设计、工程放样、道路放样、石油物探放样、轨迹放样、参考线放样、直线库放样、面积周长计算等功能于一身，可以满足各种工程的需求。

本文以凤县旺峪河防洪工程杜家河段为例，系统讲述其放线以及地形测量技术，整个过程按照先内业后外业再内业的顺序进行。

2　内业准备

2.1整理坐标文件

ⓐ在电脑上新建txt文本，命名为“放线点.txt”，输入控制点坐标，控制点不宜少于3个，且不应在同一条直线上，控制点格式为点名、代码、北坐标、东坐标、高程；ⓑ根据设计单位提供的施工图原图，对堤线执行【绘图/点/定距等分】命令，按照20m距离等分，堤线等分距离根据地形复杂程度而定，并依次编号各个放样点，用ID命令在CAD原图提取放样点坐标，将其复制到txt文本中，根据编号依次排列，点名、代码、北坐标、东坐标、高程数据之间用英文状态下的逗号隔开，保存退出(如图1所示)。

图1　放线点坐标

2.2坐标文件导入手簿

图2　导入数据

用数据线连接电脑与手簿，将“放线点.txt”复制到手簿移动存储设备中。在手簿桌面上打开RTK测量选项，执行【打开/新建任务】，输入任务名“djh”(以英文和数字命名)，配置坐标系统，点击接受，进行坐标系的设置(笔者默认选择beijing-54坐标系统)。执行【文件/导入/当地点坐标导入】(如图2所示)，默认选择导入点文件格式，即“点名,代码,X,Y,H”，选择文件名称旁边的方框“…”，找到并打开移动存储位置，在类型中选择“All files”，此时移动存储中的所有文件都会显示出来，找到“放线点.txt”，执行【打开/确定】，会听到连续点击声音，表示已经导入成功。执行【文件/元素管理器/点管理器】，会看到已经导入的已知控制点和放样点，逐个双击控制点，勾选下方控制点方框并确定覆盖。注意选择的导入点文件格式要与txt文本输入的坐标格式一致。

3　外业操作

3.1架设基站

基准站应当选择视野开阔、地势较高的地方，尽量避免高压线、光缆、大树等障碍物，以有利于卫星信号的接收和传送。架设两个三脚架，一个架设基准站，另外一个架设天线，安装好电台发射天线，把电台挂在三脚架上，将蓄电池放在电台的下方，接通电源线与数据线；基准站架设在已知点时要求对中和整平。基准站脚架和天线脚架之间应该保持至少3m的距离，避免电台干扰GPS信号。接上移动站的棒状天线，并固定在2m高的碳纤对中杆上。

3.2配置参数

ⓐ开启各个设备电源，在手簿上双击打开RTK测量，执行【配置/手簿端口配置】，连接类型选择蓝牙，执行【配置/搜索】，搜索到移动站蓝牙设备后，执行绑定命令，此时被绑定的蓝牙设备会显示红心，执行【退出/确定】，显示打开端口成功，自动退回RTK主界面；ⓑ执行【配置/基准站参数/基准站选项】，选择广播格式、天线类型高度等参数；ⓒ执行【配置/移动站参数/移动站选项】，注意选择广播格式要与基准站一致，选择天线高度、测量到等参数；ⓓ启动移动站接收机，如果无线电和卫星接收正常，移动站开始初始化，软件的显示顺序为正在搜星/单点定位/浮动/固定，固定后方可开始测量工作，否则测量精度较低，需重新设置参数。

3.3控制点校正

在地面找到对应的已知控制点的实际位置，执行【测量/测量点】，此时命名的点名应与已知控制点名称区别开来，否则重名自动覆盖，测量已知控制点坐标，该点位信息即被存储；一般至少用2个点进行校正、执行【测量/点校正/增加】，点击确定，再次重复增加命令，选择网格点名和GPS点名称，执行【确定/计算】，并一直确定，默认坐标系统已被替换为所需要的坐标系统，自动返回RTK测量主界面。

3.4实地放线

执行【测量/点放样/常规点放样】，增加所有键入点，点击确定，选择放样点，根据手簿显示的往东、往西、往南、往北及左右方向指令，调整移动站位置，直至找到放样点的实地位置，进行打桩标记，依次类推，将所有放样点进行实地放样，根据各个放样点即可定出堤轴线。

3.5碎步测量

执行【测量/测量点】，命名点名称1、2、3......(笔者以阿拉伯数字命名，但不得与控制点和放样点重名)，按照每隔15～20m设置一个断面，垂直堤线方向，对迎水面和背水面15m范围内的地形地貌进行碎步测量，不必对每个地形点进行手动命名，手簿会自动根据阿拉伯数字顺序进行命名，默认自动保存碎步数据。

4　内业数据处理

4.1导出测量点数据

ⓐ手簿操作：执行【文件/打开】，选择要打开的文件夹并选择相应的任务，点击接受，使其成为当前打开状态，即可看到主界面下新打开的任务名，执行【文件/导出/点坐标导出】，默认选择显示方式“当地平面坐标”，选择导出的文件类型，并在导出的文件名中输入“shuju”，点击确定，弹出对话框，显示“数据导出成功”，自动返回RTK主界面，导出的数据文件存储在手簿内。退出RTK测量，在手簿桌面上打开文档，找到d;jh文件夹，选择导出文件“shuju”，执行【剪切/粘贴】至移动存储；ⓑ电脑操作：用数据线连接电脑与手簿，如同u盘一样执行【剪切/粘贴】至电脑。

4.2展测量点

ⓐ在电脑上运行已经成功安装并且注册的CASS软件，系统自动默认新建文件，将“shuju.csv”更改后缀名为“shuju.dat”。执行【绘图处理(比例尺默认1∶500)/展野外测点点号】，找到电脑存储位置桌面，选择数据文件“shuju.dat”，如图3所示。点击“打开”即可得到所有点名地形图；ⓑ展高程点，执行【绘图处理/展高程点】，输入注记高程点的距离(不设置，默认为0)，得到如图4所示地形图(点名与高程点重合，为方便显示，可暂时关闭某些图层，待用时再自行打开)；ⓒ执行【文件/图形存盘】，选择保存位置，默认文件类型，文件命名为“测量地形图.dwg”。

图3　选择数据文件

图4　点名与高程地形图

4.3复制堤线

运行Auto CAD软件，找到并打开“杜家河施工图”，选择好复制基点，通过带基点复制的方式，将原设计堤线粘贴至“测量地形图”上。

4.4断面划分

执行【工程应用/生成里程文件/由纵断面生成/新建】，如图5所示。

图5　生成里程文件命令

选择纵断面线时，单击堤线，弹出对话框，根据堤防起点与终点方向，选择等分，按照每20m生成一个断面，横断面左右分别取宽度为15m，点击确定，即自动在堤线上按照20m划断面线。执行【工程应用/生成里程文件/由纵断面生成/生成】，再次选择堤线，选择高程点数据文件，把“生成的里程文件名”和“里程文件对应的数据文件名”同时命名“0”，输入断面线差值间距为3，如图6所示，点击确定，即沿堤线显示桩号以及断面线与堤线交点的高程，如图7所示。

4.5生成断面图

执行【工程应用/绘断面图/根据里程文件】，弹出“输入断面里程数据文件名”对话框，选择生成的里程文件“0.hdm”。单击“打开”，弹出“绘制断面图”对话

图6　生成里程文件对话框

图7　断面桩号与高程

框，设置相关参数，输入或者在图上选择断面图放置位置，如图8所示。单击“确定”，得到所有节点断面图。该图以堤线为中心，垂直堤线方向两侧15m的范围内，每3m的间距取点连线，生成红色地面线。

图8　绘制纵断面图对话框

4.6套断面图

ⓐ根据设计院技术资料，基点位置即迎水面与堤顶交点，在已成的横断面图上找到0+000点，并在该处绘制堤顶高程线，与0+000距离线的交点即为基点，依次将所有断面图的基点找到；ⓑ根据设计高程，绘制堤防断面图，并附带基槽开挖线、回填线等一切需在横断面图上确定面积的范围线，选择堤防横断面图并按基点复制粘贴至每一个生成的地形断面图；ⓒ执行延伸或裁剪命令，将开挖、回填等线交于地面线，删除堤顶高程线和辅助线等，如图9所示。

图9　套断面图

4.7计算工程量

执行【工具/查询/面积、长度】，在图上单击相应端点即可量取面积或长度，根据一定的计算规则，即断面面积与断面间距离的乘积和即为工程量，其公式为Q=(S1+S2)/2×L(Q：相邻两断面之间的填挖方量；S1、S2：相邻两断面的填挖方面积；L：相邻两断面的距离)，配合excel表格数据处理，即可得出土方开挖、回填工程量。

4.8堤线调整

若在实际施工中，须要进一步调整优化堤线，仅须重复4.3～4.7，便可立即生成新的断面图，便于调整，无须再次返回实测，也无须再次确定中心线与基点。

4.9河道疏浚应用

同样的原理，按照断面图法计算河道疏浚工程量，无须复制堤线，但须确定疏浚范围线。

5　结　语

a.在原来的测量方式中，由于实际测量过程中受地形限制，很难沿测量断面走直线，从而在将测点用多段线相连后，呈现的是弯弯曲曲的多段线，如图10所示。

图10　测量点距离平面图

该方法在生成断面时，是将多段线转换为直线，从而导致该断面计算宽度自动增加，即系统将折线长度(a+b+c+d)作为断面的计算宽度，其远远大于该断面的近似实际宽度e,其误差随着断面的宽度和地貌的复杂程度而变化，难以精确计算其工程量。笔者的研究解决了该问题，在测量数据处理时，自动在堤线上根据固定距离与堤线的交点取切线的垂线，如图11所示。把多段线优化为直线，自动在地形图上拾取高程，减少了点与点之间的水平距离误差，使测量的效率和精确度得到有效提高。

图11　自动生成断面线

b.在外业测量中，对测量点的命名要求降低，手簿自动按照数字顺序进行命名，每测一个点，无须再逐点进行命名的更改，避免了因命名不便和错误导致的数据错误，减轻了测量工作量，提高了测量效率与精确度。

c.在堤线优化调整中，该方法减轻了其作业量，一旦堤线有所调整，即可重新带基点复制调整后的堤线，利用原地形测量数据，从而可快速生成断面图，无须重新确定中心线与基点，更无须再次进行野外测量。

Application of GPS-RTK cooperated with CASS software in small and medium-sized river governance

CAO Hongsheng1, FU Yinjuan2

(1.FengxianWaterResourcesManagementStation,Fengxian712700,China;2.FengxianWaterConveyanceBureau,Fengxian712700,China)

In the paper, Fengxian Wangyu River Flood Control Project Dujia River Section Project is adopted as an example. Application of GPS-RTK technology and CASS software in small and medium-sized river governance project is analyzed and studied. In addition, field topographic survey, dam axis point layout, industry data processing, mapping calculation and other methods are described. In small and medium-sized river governance project, the method can improve measurement speed, and engineering quantity can be controlled more accurately. Especially in dam line optimization and adjustment, the application of the method can reduce the operation steps within the industry, and improve the working efficiency.

GPS-RTK; CASS software; operation application; data sorting

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.01.015

TV221.1

B

1005-4774(2016)01-0048-06