GPS實時動態(tài)RTK測量技術(shù)在水庫工程測量中的應(yīng)用

摘 要：實時動態(tài)RTK測量技術(shù)是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GPS測量技術(shù)中的一個新的突破。本文詳細介紹了GPS 實時動態(tài)RTK測量技術(shù)的基本原理及其特點，并結(jié)合應(yīng)用實例，探討GPS 實時動態(tài)RTK測量技術(shù)在水庫工程測量中的有關(guān)問題，并分析了RTK測量的誤差來源及影響，為GPS 實時動態(tài)RTK測量技術(shù)的進一步推廣應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：實時動態(tài)；RTK測量技術(shù)；基本原理；誤差源

隨著水庫建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，這就對水庫工程的測量工作提出了更高的要求。常規(guī)測量技術(shù)作業(yè)勞動量大，且效率低，并不能較好的滿足人們所需要工作效率和測量精度的要求。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，實時動態(tài)測量——RTK（Real Time Kinematic）測量技術(shù)也日益成熟。實時動態(tài)RTK測量技術(shù)在水庫工程測量中也逐漸得到廣泛應(yīng)用，相對于以前傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀、全站儀、水準儀等測量技術(shù)而言，提高了測量的工作效率和測點的精度，取得了較好的經(jīng)濟與社會效益。本文就GPS 實時動態(tài)RTK測量技術(shù)在水庫工程測量中的應(yīng)用進行相關(guān)分析。

1 RTK技術(shù)的基本原理及特點

RTK測量技術(shù)是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS（RTDGPS）測量技術(shù)。它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結(jié)果，并達到厘米級精度。GPS-RTK系統(tǒng)主要由基準站、流動站和通訊系統(tǒng)組成。其基本原理是在基準站和移動站都設(shè)置好后，同時接收5顆以上的相同衛(wèi)星進行載波相位觀測。基準站在跟蹤載波相位測量的同時通過數(shù)據(jù)鏈將測站坐標、觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機工作狀態(tài)發(fā)射出去；流動站在接收GPS衛(wèi)星信號進行載波相位觀測的同時，還通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的信息，實時解算出相對于基準站點的基線向量，并通過已知設(shè)置的轉(zhuǎn)換參數(shù)及投影方法計算出流動站的地方坐標。

GPS 實時動態(tài)RTK測量技術(shù)具有以下幾個特點：

（1）作業(yè)效率高。流動站僅需1人就可操作，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘就可得到1點坐標，作業(yè)速度快，勞動強度低，節(jié)省了外業(yè)費用，提高了工作效率。

（2）定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差傳遞。只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)（一般為4km）RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。

（3）降低了作業(yè)條件要求。RTK技術(shù)不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視”，因而和傳統(tǒng)測量相比，RTK技術(shù)受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測量看來由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足RTK的基本工作條件也能輕松地進行快速、高精度的定位作業(yè)。

（4）作業(yè)自動化、集成化程度高，測繪功能強大，RTK可勝任各種測繪內(nèi)、外業(yè)。流動站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)可實現(xiàn)多種測繪功能，使輔助測繪工作極大減少，同時也減少了人為誤差，保證了作業(yè)精度。

（5）操作簡便，使用方便，數(shù)據(jù)處理能力強。只要在設(shè)站時進行簡單的設(shè)置，就可以邊走邊獲得測量結(jié)果坐標或進行坐標放樣，其數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理和輸出能力強，能方便快捷地與計算機通信連接。

2 GPS 實時動態(tài)RTK測量技術(shù)在水庫工程測量中的應(yīng)用

2.1水庫工程概況

某水庫工程規(guī)模為小（1）型水庫。該工程要測量任務(wù)有壩址區(qū)地形圖、庫區(qū)地形圖及地質(zhì)料場地形圖測繪；壩軸線、溢洪道縱橫斷面、輸水隧洞縱斷面測繪以及南、北干渠定線及縱橫斷面測繪；地質(zhì)鉆孔點、探坑點及地質(zhì)點的放樣與測繪。由于庫區(qū)地形為V形河谷，河道兩岸沖溝較多且基本是2m左右的灌木叢及龍眼、桃樹等經(jīng)濟林木覆蓋，通視條件極差，如果采用常規(guī)儀器測量，不僅要花費大量人力，還要破壞一定的樹木，造成經(jīng)濟損失。為了在滿足測量精度的前提下提高工作效率，經(jīng)現(xiàn)場踏勘后決定采用GPS-RTK技術(shù)完成該項目的所有測量工作，儀器選用南方測繪公司的靈銳S82-2008型GPS-RTK測量系統(tǒng)。

2.2 測量的主要工作流程

測量工作流程見圖1。

圖1 測量工作流程框圖

（1）收集測區(qū)資料，獲得高精度的已知控制點，包含控制點的坐標、等級、中央子午線、坐標系等。本次采用的首級控制點是從1999年在水庫測量時建立的54北京坐標通過GPS靜態(tài)測量引測到該水庫壩址區(qū)和庫區(qū)。

（2）求定測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)，實際是將觀測的WGS-84坐標轉(zhuǎn)換為國家平面坐標或工程施工自定義坐標，一般采用高斯投影的方法。如測區(qū)內(nèi)有相應(yīng)的國家坐標系的高等級點，可直接采用。采用自定義坐標系時可選擇某一投影面（一般為測區(qū)的平均高程面），對加常數(shù)或中央子午線（一般為測區(qū)中央子午線）、投影橢球高進行重新定義，使橢球面與地面網(wǎng)邊長投影的高程基準面一致，現(xiàn)場測定基線長度，計算出基線兩端點的自定義平面坐標，利用隨機軟件求解坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)。在求得4個參數(shù)后一定要檢查“比例因子”值的大小，根據(jù)規(guī)范要求，測得的長度變形不大于2.5cm/km。在同一個測區(qū)，為了坐標的統(tǒng)一，一般采用同一套轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（3）基準站位置的選擇。對于靈銳S82-2008型GPS-RTK測量系統(tǒng)，基準站的架設(shè)可以在已知點上也可以在任意點上。本次測量由于特殊的V形河谷地理條件及在離壩址區(qū)下游300m左右的地方有高壓鐵塔桿，因而采取了把基準站架設(shè)在庫區(qū)山頭上及提高基準站天線的架設(shè)高度來解決RTK數(shù)據(jù)鏈的通訊問題。在渠道測量過程中，根據(jù)流動站離基準站的距離，以及初始化時間來決定適當?shù)臅r候改變基準站的位置。

（4）測量前的質(zhì)量檢驗。為保證RTK的實測精度的可靠性，必須進行已知點的檢核。本次測量過程中主要采用以下檢核方法：a.已知點檢核比較法——每天在校正點的選取上盡量選用同一個已知控制點，再用RTK測出2個以上已知控制點的坐標進行比較檢核，發(fā)現(xiàn)問題采取措施改正；b.重測比較法——每次初始化后先重測1～2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。

（5）測量和放樣過程中由于沖溝底流動站接收衛(wèi)星信號弱，因而采用增加對中桿高度的方法以滿足流動站接收信號的最小高度角。若接收到衛(wèi)星數(shù)目減少到4顆以下，則RTK系統(tǒng)接收不到固定解，當接收衛(wèi)星數(shù)重新升至4顆或更多時，需重新進行初始化。

（6）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。PSION手簿采用的是WindowsCE5.0操作系統(tǒng)，與電腦連接后，采集數(shù)據(jù)可以直接轉(zhuǎn)換為南方CASS繪圖軟件DAT文件數(shù)據(jù)格式，也可下載RTK文件數(shù)據(jù)格式予以保留。在這2個文件格式中，可直接查看、修改、刪除不符合采集精度要求的點的坐標和高程。

2.3 影響RTK測量的常規(guī)誤差源

（1）同測站有關(guān)的誤差。如通信相位中心變化、多路徑誤差、信號干擾和氣象因素的影響，其中多路徑誤差是GPS-RTK測量中影響最嚴重的誤差。

（2）同距離有關(guān)的誤差。如軌道誤差、電離層誤差、對流層誤差。

（3）人為因素的影響誤差。在本次測量中主要表現(xiàn)有：a.坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的影響，求取的4個參數(shù)的“比例因子”值太小或高程擬合參數(shù)選取不夠精確；b.在采集數(shù)據(jù)過程中對中桿傾斜和非固定解采集數(shù)據(jù)的影響，在對中桿傾斜狀態(tài)下就記錄數(shù)據(jù)或精度因子較大時非固定解狀態(tài)下就采集數(shù)據(jù)；c.數(shù)據(jù)采集時天線高輸入錯誤；d.移動站離基準站距離較遠或存在障礙物而使數(shù)據(jù)精度降低，校正點點位誤差的累積的影響，在渠道測量中時有體現(xiàn)。

對于前2項的誤差影響，可以選擇良好的觀測條件和恰當?shù)挠^測方法來削弱這些誤差的影響；對于第3項的人為因素影響，在測量過程中應(yīng)避免或在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理過程中予以改正。

3 結(jié)束語

總之，實時動態(tài)RTK測量技術(shù)的應(yīng)用，是水庫工程測量手段和作業(yè)方法的革命性變革，大大提高了測量的工作效率和測點的精度，極大的促進了工程建設(shè)的進度及質(zhì)量。雖然在實際應(yīng)用中仍然受到某些限制因素的影響，相信隨著科技的發(fā)展，實時動態(tài)RTK測量技術(shù)將會得到不斷優(yōu)化與改善，為工程的建設(shè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。

參考文獻

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