论文部分内容阅读
[摘 要]三门峡库区淤积断面呈带状分布，考虑到GPS RTK的数据通讯链的通讯距离和三门峡库区的地形情况、断面位置、基站点位置等综合因素的情况，需要将整个库区分段划分区域，分别求解坐标转换参数。本文详细介绍了三门峡库区淤积测验区域划分的原则和涵盖范围，以及求解坐标转换参数的方法，可供测绘界同仁在工作中加以参考。
[关键词]RTK；淤积测验；坐标转换参数
中图分类号：TP501 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0294-01
1 概述
三门峡水库淤积测量是水文泥沙的重要观测项目，是一项长且重要的基础工作。2000年在三门峡库区进行了GPS网建设项目，经过试验论证，2006年开始运用GPS RTK技术进行库区流程断面测量。由于RTK的测量结果是基于WGS-84椭球下的WGS-84坐标，而三门峡库区常用的坐标是基于克拉索夫斯基椭球下的BJ-54坐标，两椭球之间的系统参数不同。故两椭球之间必须进行坐标转换。因此，对于三门峡库区来讲，要保证RTK测量的精度，就需要对库区进行分区求解坐标转换参数，并进行对比测试、检验，对不合适的坐标转换参数进行现场调整试验，以达到更加准确的转换参数，以使RTK测量成果转换为北京坐标系下的坐标。
2 三门峡库区RTK淤积测验区域的划分
三门峡库区处于陕晋豫三省交界处，库区范围遍布在中条山和秦岭之间的山间盆地中。潼关以上的黄河河谷较宽，且有辽阔的渭河平原；潼关以下黄河河谷变窄，至三门峡坝址区间，两岸山岩夹峙，山高沟深，地势险峻，水库呈“小颈口大肚子”形。因此，对于我们来说，库区测量按河道特点可分为两大区段。
（1）龙门至潼关段：龙门至潼关河段称小北干流，其上段在山西省河津县有汾河汇入，中段永济县有涑水河汇入，下段潼关县渭河与北洛河汇入，形成小北干流汇流区。该河段长134.4 km，宽度在4～19 km之间，主河槽宽度1000m左右，两岸为黄土台地，高出河床50～200m。河道总面积为1107 km2其中滩地面积达696 km2，占63%。比较大的滩地在山西省境内有连伯滩、永济滩，在陕西省境内有新民滩、朝邑滩。河道宽阔，河势浩翰，河道比降6/10000～3/10000，为淤积游荡型河段，是天然的滞洪滞沙区。河床宽、浅、乱、游荡激烈，主流摆动不定，河床迁徒，素有“三十年河东，三十年河西”之说。沿河两岸有山西的河津、万荣、临猗、永济和陕西省的韩城、合阳、大荔、潼关等8县市。
（2）潼关至大坝段：黄河在潼关港口镇转向东流，河宽缩窄到850m，形了一个卡口，从潼关到大坝河段长113.2 km，河宽在1～6km之间，主河槽宽500左右。黄河穿行在秦岭和中条山的垣阶地之间，两岸黄土台地高出河床20～60米，河谷窄，两岸地面沟壑冲刷，高低起伏。河道为上宽下窄，滩高槽深，主流被缩束于狭窄的河槽内，蜿蜒曲折，流至三门峡坝址处，其河槽宽度仅约为300米左右。其间弯道多，通视条件良好，交通较好，回水区以下断面的水下测量一般采用回声测深仪，由于水面宽，依靠常规仪器进行视距定位给测量工作带来了很多不便，浪费了许多人力物力，且精度难以保证。潼关以下呈带状河道型库区。沿河两岸有山西省的芮城、平陆县，陕西省的潼关县，河南省的灵宝、陕县等5县市。
因此，考虑到GPS RTK的数据通讯链的通讯距离一般为15km和三门峡库区的地形情况、断面位置、基站点位置等综合因素的情况，将整个库区划分为15个利用RTK测量的区域来分别求定坐标转换参数，每个测区RTK的数据通讯链的通讯距离不超过13km。具体分区及涵盖断面范围如下：
一区：黄淤1、2、4、6、8、11；二区：黄淤8、11、12、14；三区：黄淤15、17、18、19；四区：黄淤20、21、22、24；五区：黄淤25、26、27、28、29；六区：黄淤30、31、32、33、34；七区：黄淤35、36、37、38、39；八区：黄淤40、41、42、汇淤1；九区：汇淤2、4、6、黄淤45；十區：黄淤47、48、49、50、51；十一区：黄淤52、53、54、55；十二区：黄淤56、57、58、59；十三区：黄淤60、61、62；十四区：黄淤63、64、65；十五区：黄淤66、67、68.
3 各分区坐标转换参数的求解
3.1 内业参数求解
由于GPS定位是在WGS-84椭球下进行的，而我国的北京坐标系是基于克拉索夫斯基椭球，两椭球之间的系统参数不同。故两椭球之间必须进行坐标转换。另外，由于地面国家控制网的误差影响，各地区的不太一致。因此新测区施工前必须利用高等级控制点求定准确的转换参数，以使差分测量成果转换为北京坐标系下的坐标。基本公式如下：
=+（1+m） +
这里：为三个平移参数
为欧勒角即三个旋转参数
m为尺度变化参数
如不考虑七参数中的尺度因子m， 旋转参数，其简化公式为：
=+
坐标转换参数是即仅求出三个平移参数。
通过各个分区内分布均匀的三个以上已知点WGS-84坐标和BJ-54及1956黄海高程系高程，采用Trimble Business Center？软件在室内求出个区域两坐标系间的转换参数。
3.2 外业检验、调试坐标转换参数
将在室内求出个区域的两坐标系间的转换参数传输到TSC3测量手簿中以进行已知点的比测检核，一方面证明已知点成果的可靠性，另一方面也证明了所求坐标转换参数的无误和RTK测量精度的可靠性。经过已知点的比测后才能对所在区域的断面进行测量。
（1）基准站、流动站的架设
基准站一般设在测区视野开阔且无大面积遮挡卫星信号的地势较高处，目的是为了防止多路径效应。另外，基准站附近应避免无线电干扰。因此，RTK基准站建立时，应尽量避开电视塔、高压线、微波站等。三门峡库区GPS首级网点均满足上述条件。 移动站离开基准站的最大有效距离称作RTK作业半径，它的大小决定于基准站电台信号的传输距离，因此在架设基准站时适当升高基准站数传电台发射天线的高度或发射功率，能增大数据通讯的有效半径.
采用的是Trimble R8接收机，动态平面标称精度为10mm+1ppm，高程标称精度为20mm+1ppm。
（2）已知点的检核
为检验其所求出的坐标转换参数的准确性，我们利用该区坐标转换参数对部分已知点进行检核，在该区域一些已知点上采集数据四次，然后进行已知点数据与RTK观测平均数据进行比较检核，最终以检核结果满足要求来决定最终使用的坐标转换参数。
4 结论
通过此次坐标转换参数的计算和调试，根据统计结果分析，一方面证明已知点成果的可靠性，另一方面也证明了所求坐标转换参数的无误。因此，得出以下结论：
（1）各测区的坐标转换参数结果可靠，利用各测区的坐标转换参数进行的淤积测验可以达到五等水准的要求，且误差分布均匀，不存在误差积累问题，可以满足三门峡库区淤积测量的需要。
（2）RTK定位技术操作简便、机动性强，不但可以大幅度提高测量速度，而且能够有效减轻作业人员的劳动强度。能够完成各种复杂恶劣条件下的断面测量。不再要求测站间相互通视，故不会再出现因滩区高杆作物、树木影响等因素而引起的断面无法放线的现象。
（3）在RTK测量时，卫星状况PDOP值越小越好，一般PDOP<5时进行作业，如PDOP 过大，将引起无法工作。
（4）在RTK测量前，必须检核一点以上的已知控制點，当检核在满足要求时方可进行RTK测量。
参考文献
（1）秦晓东，任志峰，席东杰，许正彪，RTK技术在三门峡水库淤积断面测量中的应用，《人民黄河》，2011年1月；
（2）于亚杰，王敬泉，李立峰，利用Trimble Geomatics Office实现坐标转换方法的探讨，《矿山测量》，2013年1期；
（3）魏二虎，黄劲松，GPS测量操作与数据处理，武汉大学出版社，2004年6月。
作者简介：
张金曦，1967年9月出生，男，汉族，籍贯：河南省三门峡市，2009年1月毕业于河南省工业大学，电气技术专业，现供职于黄河水利委员会三门峡库区水文水资源局，学位无，职称：工程师。
[关键词]RTK；淤积测验；坐标转换参数
中图分类号：TP501 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0294-01
1 概述
三门峡水库淤积测量是水文泥沙的重要观测项目，是一项长且重要的基础工作。2000年在三门峡库区进行了GPS网建设项目，经过试验论证，2006年开始运用GPS RTK技术进行库区流程断面测量。由于RTK的测量结果是基于WGS-84椭球下的WGS-84坐标，而三门峡库区常用的坐标是基于克拉索夫斯基椭球下的BJ-54坐标，两椭球之间的系统参数不同。故两椭球之间必须进行坐标转换。因此，对于三门峡库区来讲，要保证RTK测量的精度，就需要对库区进行分区求解坐标转换参数，并进行对比测试、检验，对不合适的坐标转换参数进行现场调整试验，以达到更加准确的转换参数，以使RTK测量成果转换为北京坐标系下的坐标。
2 三门峡库区RTK淤积测验区域的划分
三门峡库区处于陕晋豫三省交界处，库区范围遍布在中条山和秦岭之间的山间盆地中。潼关以上的黄河河谷较宽，且有辽阔的渭河平原；潼关以下黄河河谷变窄，至三门峡坝址区间，两岸山岩夹峙，山高沟深，地势险峻，水库呈“小颈口大肚子”形。因此，对于我们来说，库区测量按河道特点可分为两大区段。
（1）龙门至潼关段：龙门至潼关河段称小北干流，其上段在山西省河津县有汾河汇入，中段永济县有涑水河汇入，下段潼关县渭河与北洛河汇入，形成小北干流汇流区。该河段长134.4 km，宽度在4～19 km之间，主河槽宽度1000m左右，两岸为黄土台地，高出河床50～200m。河道总面积为1107 km2其中滩地面积达696 km2，占63%。比较大的滩地在山西省境内有连伯滩、永济滩，在陕西省境内有新民滩、朝邑滩。河道宽阔，河势浩翰，河道比降6/10000～3/10000，为淤积游荡型河段，是天然的滞洪滞沙区。河床宽、浅、乱、游荡激烈，主流摆动不定，河床迁徒，素有“三十年河东，三十年河西”之说。沿河两岸有山西的河津、万荣、临猗、永济和陕西省的韩城、合阳、大荔、潼关等8县市。
（2）潼关至大坝段：黄河在潼关港口镇转向东流，河宽缩窄到850m，形了一个卡口，从潼关到大坝河段长113.2 km，河宽在1～6km之间，主河槽宽500左右。黄河穿行在秦岭和中条山的垣阶地之间，两岸黄土台地高出河床20～60米，河谷窄，两岸地面沟壑冲刷，高低起伏。河道为上宽下窄，滩高槽深，主流被缩束于狭窄的河槽内，蜿蜒曲折，流至三门峡坝址处，其河槽宽度仅约为300米左右。其间弯道多，通视条件良好，交通较好，回水区以下断面的水下测量一般采用回声测深仪，由于水面宽，依靠常规仪器进行视距定位给测量工作带来了很多不便，浪费了许多人力物力，且精度难以保证。潼关以下呈带状河道型库区。沿河两岸有山西省的芮城、平陆县，陕西省的潼关县，河南省的灵宝、陕县等5县市。
因此，考虑到GPS RTK的数据通讯链的通讯距离一般为15km和三门峡库区的地形情况、断面位置、基站点位置等综合因素的情况，将整个库区划分为15个利用RTK测量的区域来分别求定坐标转换参数，每个测区RTK的数据通讯链的通讯距离不超过13km。具体分区及涵盖断面范围如下：
一区：黄淤1、2、4、6、8、11；二区：黄淤8、11、12、14；三区：黄淤15、17、18、19；四区：黄淤20、21、22、24；五区：黄淤25、26、27、28、29；六区：黄淤30、31、32、33、34；七区：黄淤35、36、37、38、39；八区：黄淤40、41、42、汇淤1；九区：汇淤2、4、6、黄淤45；十區：黄淤47、48、49、50、51；十一区：黄淤52、53、54、55；十二区：黄淤56、57、58、59；十三区：黄淤60、61、62；十四区：黄淤63、64、65；十五区：黄淤66、67、68.
3 各分区坐标转换参数的求解
3.1 内业参数求解
由于GPS定位是在WGS-84椭球下进行的，而我国的北京坐标系是基于克拉索夫斯基椭球，两椭球之间的系统参数不同。故两椭球之间必须进行坐标转换。另外，由于地面国家控制网的误差影响，各地区的不太一致。因此新测区施工前必须利用高等级控制点求定准确的转换参数，以使差分测量成果转换为北京坐标系下的坐标。基本公式如下：
=+（1+m） +
这里：为三个平移参数
为欧勒角即三个旋转参数
m为尺度变化参数
如不考虑七参数中的尺度因子m， 旋转参数，其简化公式为：
=+
坐标转换参数是即仅求出三个平移参数。
通过各个分区内分布均匀的三个以上已知点WGS-84坐标和BJ-54及1956黄海高程系高程，采用Trimble Business Center？软件在室内求出个区域两坐标系间的转换参数。
3.2 外业检验、调试坐标转换参数
将在室内求出个区域的两坐标系间的转换参数传输到TSC3测量手簿中以进行已知点的比测检核，一方面证明已知点成果的可靠性，另一方面也证明了所求坐标转换参数的无误和RTK测量精度的可靠性。经过已知点的比测后才能对所在区域的断面进行测量。
（1）基准站、流动站的架设
基准站一般设在测区视野开阔且无大面积遮挡卫星信号的地势较高处，目的是为了防止多路径效应。另外，基准站附近应避免无线电干扰。因此，RTK基准站建立时，应尽量避开电视塔、高压线、微波站等。三门峡库区GPS首级网点均满足上述条件。 移动站离开基准站的最大有效距离称作RTK作业半径，它的大小决定于基准站电台信号的传输距离，因此在架设基准站时适当升高基准站数传电台发射天线的高度或发射功率，能增大数据通讯的有效半径.
采用的是Trimble R8接收机，动态平面标称精度为10mm+1ppm，高程标称精度为20mm+1ppm。
（2）已知点的检核
为检验其所求出的坐标转换参数的准确性，我们利用该区坐标转换参数对部分已知点进行检核，在该区域一些已知点上采集数据四次，然后进行已知点数据与RTK观测平均数据进行比较检核，最终以检核结果满足要求来决定最终使用的坐标转换参数。
4 结论
通过此次坐标转换参数的计算和调试，根据统计结果分析，一方面证明已知点成果的可靠性，另一方面也证明了所求坐标转换参数的无误。因此，得出以下结论：
（1）各测区的坐标转换参数结果可靠，利用各测区的坐标转换参数进行的淤积测验可以达到五等水准的要求，且误差分布均匀，不存在误差积累问题，可以满足三门峡库区淤积测量的需要。
（2）RTK定位技术操作简便、机动性强，不但可以大幅度提高测量速度，而且能够有效减轻作业人员的劳动强度。能够完成各种复杂恶劣条件下的断面测量。不再要求测站间相互通视，故不会再出现因滩区高杆作物、树木影响等因素而引起的断面无法放线的现象。
（3）在RTK测量时，卫星状况PDOP值越小越好，一般PDOP<5时进行作业，如PDOP 过大，将引起无法工作。
（4）在RTK测量前，必须检核一点以上的已知控制點，当检核在满足要求时方可进行RTK测量。
参考文献
（1）秦晓东，任志峰，席东杰，许正彪，RTK技术在三门峡水库淤积断面测量中的应用，《人民黄河》，2011年1月；
（2）于亚杰，王敬泉，李立峰，利用Trimble Geomatics Office实现坐标转换方法的探讨，《矿山测量》，2013年1期；
（3）魏二虎，黄劲松，GPS测量操作与数据处理，武汉大学出版社，2004年6月。
作者简介：
张金曦，1967年9月出生，男，汉族，籍贯：河南省三门峡市，2009年1月毕业于河南省工业大学，电气技术专业，现供职于黄河水利委员会三门峡库区水文水资源局，学位无，职称：工程师。