RTK技術在貴江水電站鉆孔放樣測量中的應用

梁 平

(廣西南寧水利電力設計院 南寧 530001)

1 RTK測量原理

RTK(Real-Time-Kinematic)技術是GPS實時載波相位差分的簡稱。這是一種將GPS與數傳輸技術相結合,實時解算進行數據處理,在非常短的時間里得到高精度位置信息的技術。RTK的工作原理是將一臺接收機置于基準站上,另一臺或幾臺接收機置于載體 (稱為流動站)上,基準站和流動站同時接收同一時間相同GPS衛星發射的信號,用基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較,得到GPS差分改正值。然后將這個改正值及時地通過無線電數據鏈電臺傳遞給共視衛星的流動站以精化其GPS觀測值,得到經差分改正后流動站較準確的實時位置。精密GPS定位都采用相對技術。以采用值的類型為依據可分為4類:

(1)實時差分GPS,精度1m～3m;

(2)廣域實時差分GPS,精度1m～2m;

(3)精密時差分GPS,精度1cm～5cm;

(4)實時精密時差分GPS,精度1cm～3cm;

差分的數據類型有偽距差分、坐標差分和相位差分三類,前兩類定位誤差的相關性,會隨基準站與流動站的空間距離的增加迅速降低。故RTK采用第三種方法。

RTK的觀測模型為:

其中:

Φ——為相位測量值,單位為m;

ρ—— 為星站間的幾何距離;

c—— 為光速;

d T—— 接收機鐘差;

d t—— 衛星鐘差;

λ——為載波相位波長;

N——為整周未知數;

ε(Φ)—— 為觀測噪聲。

因軌道誤差、鐘差、電離層折射及對流層折射影響難于精確模型化,所以,在實際的數據處理中常用雙差觀測值方程來解算,在定位前需先確定整周未知數,這一過程稱為動態定位的 “初始化”(On The Fly即OTF)。實現OTF的方法有很多種,徠卡GPS1200使用了SmartCheck技術確保了RTK的優越性能:快;準;遠。典型的初始化時間為8s,衛星失鎖后的重捕衛星及初始化時間為12s;模糊度解算采用檢核,每4s檢核一次,使得RTK的可靠性在30km內達到99.99%。作業距離半徑達30km以上。GPS1200 RTK技術系統配置包括以下三部分:①基準站接收機;②移動站接收機;③數據鏈。通過數據鏈將基準站的載波相位修正值發送給移動站,改正移動站接受到的載波相位,求解移動站坐標。

2 工程概況

貴江水電站壩址位于廣西河池市南丹縣里湖鄉貴江村更坡屯附近,是龍江干流廣西境內的第一個梯級電站,其地理位置為東經 101°44′25″,北緯25°13′12″,電站距里湖鄉政府所在地約16km, 距南丹縣城46km。貴江水電站是一座壩后式水電站,樞紐由攔河閘壩、發電進水口、電站廠房、進庫公路和升壓站等組成,攔河壩位于龍江中上游打狗河段,廠房位于打狗河右岸,是一座以發電為主,兼有旅游、農田灌溉等功能的水利工程。地質勘察地形測量是水電站工程重要的前期工作。

3 外業施測

首先建立WGS-84坐標系與地方坐標系的聯系,以便順利實現坐標校準工作,同時也就獲得了初始整周未知數。

通過觀測測區控制點 (至少觀測三個已知點)轉換到地方坐標系的工作文件,在確定坐標系的過程中,地方坐標系可以是國家坐標系,也可以是用戶自定義的坐標系。鉆孔放樣就是要求通過儀器把地質人員在地形圖上設計好的孔位在實地給標定出來,過去采用的常規放樣方法很多,如經緯儀交會放樣、全站儀的邊角放樣等等,一般要放樣出一個設計點位時,往往需要左右前后移動目標,而且要至少2人以上配合操作。同時在放樣過程中還要求放樣點與測站通視情況良好,如果放樣中遇到困難還要借助于其他方法才能實現,在生產應用上效率不是很高。

采用RTK技術放樣,把鉆孔的點位坐標輸入到電子手簿中,手簿屏幕的箭頭指出放樣點的方位,既迅速又方便,由于RTK是通過坐標來直接放樣的,沒有累積誤差,因而在外業放樣中效率會大大提高,且只需一個人操作。以下是采用徠卡1230RTK進行外業放樣的步驟:

(1)站的架設:應將基準站架設在較為開闊的地方。

(2)建立新工程:開啟移動站主機,待衛星信號穩定并達到5顆以上衛星時,點擊SmartWork,連接成功后設置相關參數:工程名稱、橢球系名稱、投影參數設置、參數設置 (未啟用可以不選),最后確定,工程新建完畢。

表1 坐標轉換殘差表

表2 放樣點設計坐標表

表3 點位放樣設計值與實測值對比表

(3)測量已知點:先精確采集貴江水電站壩區控制點GJ3、GJ8、GJ9。通過經典三維法確定坐標系檢查殘差表如表1,符合精密時差分GPS的精度。

(4)輸入放樣點:我們可以在新建工程增加輸入放樣點,也可以事先編輯好放樣點文件,也可以編輯改變同一個放樣點操作,該方法可以減少占用內存。本次工程點的設計坐標值見表2。

(5)點位放樣設計值與實測值比較見表3。

根據《工程測量規范》點位誤差＜5cm,RTK測量結果的點位精度滿足要求。需要指出的是各點位之間不存在誤差累積,克服了傳統測量技術的弊端,完全能滿足點的測設精度要求。

4 結束語

應用RTK技術,使得測量放樣的精度、工作效率和實時性達到理想的結合。隨著數據整周模糊度的快速解算和數據鏈的傳送技術的發展,數據的穩健性,抗干擾性和軟件水平的提高,以及傳輸距離的增加,GPS RTK技術己經在測量和工程界產生了重大變革,帶來了空前的高效率。RTK在實際測量過程中有很多優越的方面,同時也有些技術限制,只有了解了它的劣勢所在,才能避其利害,把有益于實際生產的技術帶到工程應用中來。

1 中華人民共和國國家標準.全球定位系統(GPS)測量規范.2001.

2 張正祿.工程測量學[M].武漢:武漢大學出版社,2002.

3 詹長根.地籍測量學[M].武漢:武漢大學出版社,2001.

4 徐紹銓,張華海,楊志強,王澤民.GPS測量原理及應用[M].武漢:武漢大學出版社,2003.

5 魏二虎,黃勁松.GPS測量操作與數據處理.武漢:武漢大學出版社,2004,6.

6 洪大永.全球定位系統技術及其應用.廈門:廈門大學出版社.1998,7.