淺談GPS與RTK技術在水利工程測量中的應用

【摘要】主要闡述GPSRTK技術在水利工程測量中的應用，水利工程測量采用新儀器、新技術的高精度、高效率、簡便的測量方法。主要闡述GPSRTK技術在水利工程測量中的應用，水利工程測量采用新儀器、新技術的高精度、高效率、簡便的測量方法。

【關鍵詞】GPS RTK；水利工程測量；應用；精度；效率

1. 前言

（1）隨著國民經濟的快速發展，國家和地方政府對水利工程建設投資的加大，每年都有大批的水利工程建設。而大多數水利工程都位于偏遠地區，高等級測量控制點極少，給水利工程施工測量帶來很大困難。由于全球定位系統（GPS）技術的快速發展，GPS RTK技術廣泛應用于測量中，因其精度高、實時性和高效性強，成為最先進的技術設備和最經濟的測量方法，在很大程度上提高了工作質量和效率。

（2）我公司2003年購買的徠卡GPS 530測量系統，通過幾年的使用，在水利工程測量的加密控制測量、水下地形測量和施工放樣等方面，收效甚大，現介紹給大家，供同行參考。

2. GPS RTK基本原理

RTK（Real Time Kinematic）測量技術即實時動態測量技術，是以載波相位測量與數據傳輸技術相結合的以載波相位測量為依據的實時差分GPS測量技術，是GPS測量技術發展里程中的一個標志，它由3部分組成：（1）基準站接收機；（2）數據鏈；（3）流動站接收機。RTK工作原理是：在已知高等級點上（基準站）安置1臺GPS接收機，對所有可見衛星進行連續的觀測，并將其觀測數據和測站信息，通過無線電傳輸設備，實時地發送給流動站，流動站GPS接收機在接收GPS衛星信號的同時，通過無線接收設備，接收基準站傳輸的數據，然后根據相對定位的原理，實時解算出流動站的三維坐標及其精度。

3. RTK測量的特點

相對于傳統測量學及GPS常規測量，RTK 測量主要有以下特點：

（1）定位精度高。RTK測量標稱精度可達到：lcm + 1ppm（平面），2cm + lppm（高程）。

（2）快速提供三維坐標。RTK通過實時處理2s內即可測得三維坐標。

（3）作業距離遠、操作簡便、效率高。作業半徑能達到15kin。RTK技術的自動化程度高，觀測人員主要是擺好基準站，然后進行流動站工作，而其它觀測工作如衛星的捕獲、跟蹤觀測等均由儀器自動完成。如采用1+2配置，即1臺基站，2臺移動站，2個測量小組可以同時施測，可減輕現場測量人員的勞動強度，提高工作效率。

（4）測站之間無需通視，是相互獨立的觀測值，不存在誤差積累傳播。

4. GPS RTK技術在水利工程測量中的應用

4.1加密控制點的測量。

眾所周知，要進行某項測量首先要做控制測量，由于水利工程多位于偏遠地區，已知高等級控制點很少，常規的控制測量方法是測距儀導線和三角網測量，測量精度受到很多條件限制，且工作量太大。而用GPS RTK加密測量控制點則很簡單，只需在測區15kin范圍內有3個以上且包含測區的高等級測量控制點即可，操作簡單方便，平均每天可測量30～40個加密控制點，效率較高。

4.2水下地形測量。

水利工程測量最難的是水下地形測量，水下地形復雜，人眼又看不見，水上作業條件差，水下地形資料的準確性對水利工程建設十分重要，水下地形測量傳統的測量方法大多采用六分儀、三桿分度儀、全站儀配合測深儀，其缺點是：精度不高，測區范圍有限，工作量大，人員配置多等。隨著GPS RTK技術在測量中的空前發展，水下地形測量也得到了廣泛的應用，主要有：徠卡GPS530動態GPS，中海達數字單（雙）頻測深儀，海洋測量軟件。GPS進行水下地形測量的步驟：將GPS、測深儀和筆記本電腦連接成一起，導航軟件對測量船進行定位，并指導測量船在指定測量斷面上航行，GPS和測深儀將實時測得數據導人筆記本電腦，由海洋測量軟件處理生成水下地形圖或導出*.dat文件，再由南方測繪cass7.0地形地籍成圖軟件繪制水下地形圖。從幾年測量結果來看，GPS在水下地形測量的應用，大大提高了測量的精度，減少了工作量，縮短了工作日，并且輸出的數字化的水下地形圖為今后地理信息系統的建立和管理創造了有利的條件。

4.3施工放樣測量。

利用R FK隨機軟件中放樣的功能進行點、直線、曲線放樣功能，進行施工放樣測量。輸入設計好的已知坐標作為參考點和目標點，流動站實地所在位置的坐標作為修正點，電子手簿屏幕上的圖形顯示出實地待定點相對于目標點所偏移的距離，按照指示移動流動站，直到滿足所要求的精度。也可用來尋找已知坐標點，找尋坐標已知的坐標點的方法和上述方法一致。

4.4數字化地形圖測量。

利用R FK快速定位和實時得到坐標結果的特點，在一定測量環境中可以進行地形測量。地形點的測量可以在數據采集的功能下進行，也可以根據現場地形的實際情況進行測量設定，采集完的地形點經過成圖處理，乍成數寧化管道地形圖。地形點的采集可以單人作業，擻大地節約了人力和時問。

4.5利用RTK進行“三防”設施GIS數據的采集。

根據不同GIS平臺要求，RTK 在數據采集時可以將“三防”設施不同的施測點的屬性加進去，對應于每個點的三維坐標，再進行一定的數據處理，可以生成適應GIS平臺數據格式要求的基礎資料數據庫，并易于修改和完善。

5 RTK的不足及測量成果的質量控制

5.1受限因素分析。

5.1.1受衛星狀況限制。

當衛星系統位置對美國是最佳的時候，世界上有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛星所覆蓋，容易產生假值。另外，在高山峽谷深處及密集森林區，城市高樓密布區，衛星信號被遮擋時間較長，使一天中可作業時間受限制。產生假值問題采用RTK測量成果的質量控制方法可以發現。作業時間受限制可由選擇作業時間來解決。

5.1.2天空環境影響。

白天中午，受電離層干擾大，共用衛星數少，常接受不到5顆衛星，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進行測量。在南寧郊區，我們做過試驗，在同樣的條件和同樣的地點上進行RTK測量，上午11：00之前和下午3：30之后，RTK測量結果準而快，而中午時分，很難進行RTK測量。可見選擇作業時段的重要性。

5.1.3數據鏈傳輸受干擾和限制、作業半徑比標稱距離小的問題。

RTK數據鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，嚴重影響測量精度和作業半徑。在地形起伏高差較大的山區和城鎮密樓區數據鏈傳輸信號受到限制。另外，當RTK作業半徑超過一定距離（一般為幾公里，每種機型在不同的環境又各不相同）時，測量結果誤差超限，所以Rq'K的實際作業有效半徑比其標稱半徑要小很多，工程實踐和專門研究都證明了這一點。解決這類問題的有效辦法是把基準站布設在測區中央的最高點上。

5.1.4初始化能力和所需時問問題。

在山區、一般林區、城鎮密樓區等地作業時，GPS衛星信號被阻擋機會較多。容易造成失鎖，采用RTK 作業時有時需要經常蕾新初始化。這樣測量的精度和效率都受影響。解決這類問題的辦法主要是選用初始化能力強、所需時間短的RTK機型。

5.1.5高程異常問題。

RTK作業模式要求高程的轉換必須精確，但我國現有的高程異常圖在有些地區，尤其是山區，存在較大誤差，在有些地區還是空白，這就使得將GPS大地高程轉換至海拔高程的工作變得相當困難，精度也不均勻。

5.2RTK測量成果質量控制。

研究表明，RTK確定整周模糊度的可靠性最高為95 ，RTK 比靜態GPS還多出一些誤差因素，如數據鏈傳輸誤差等。因此，和GPS靜態測量相比，RTK測量更容易出錯，必須進行質量控制。質量控制的方法主要有：

（1）已知點檢核比較法。在布測控制網時用靜態GPS或全站儀多測出一些控制點，然后用RTK測出這些控制點的坐標進行比較檢核，發現問題即采取措施改正。

（2）重測比較法。每次初始化成功后，先重測l～ 2個已測過的RTK點或高精度控制點，確認無誤后才進行RTK測量。

（3）電臺變頻實時檢測法。在測區內建立2個以上基準站，每個基準站采用不同的頻率發送改正數據，流動站用變頻開關選擇性地分別接收每個基準站的改正數據從而得到2個以上解算結果，比較這些結果就可判斷其質量高低。

以上方法中，最可靠的是已知點檢核比較法，但控制點的數量總是有限的，所以沒有控制點的地方需要用重測比較法來檢驗測量成果，電臺變頻實時檢測法的實時性好，但它需具備一定的儀器條件。

6. 結語

（1）GPS正在越來越多的測量工作中得到應用，RTK技術與其它測量儀器和測量方法相比具有不能比擬的優勢。

（2）RTK方式出現后不要馬上開始測量，要等GPS穩定約20rain左右才能開始測量，否則將有較大的誤差，代入記錄數據后，如正常工作以后則其記錄方式不受影響。

（3）電臺信號不能太遠，根據我們幾年的作業經驗，RTK的范圍以不超過1OKra 為原則，否則解算速度、精度等都大受影響。

（4）利用RTK進行測量，不受天氣、地形、通視等條件的限制，工作效率比傳統方法提高3～4倍。

（5）利用RTK技術比傳統方法大大節省人力。

[文章編號]1619-2737（2013）12-23-711