水電工程測量中RTK技術應用研究

李洪春

摘 要：該文基于筆者水利工程相關工作經驗，以筆者參與的某水電樞紐工程測量項目為工程背景，探討了RTK技術在水電工程測量中的應用思路，全文基于具體實例詳細論述了RTK技術應用于工程測量的具體流程和需要注意的細節，是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，能直接用于指導實踐，也相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：GPS RTK 工程測量 基準站 測區轉換參數

中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0009-02

1 水電工程中RTK技術應用思路研究

1.1 控制點加密的測量

在首級控制網的基礎上，為滿足地形圖及斷面等測量的需要，必須進行加密控制點的測量。而水電工程多位于偏遠地區，已知高等級控制點較少，常規的控制測量方法是測距儀導線，測量精度受到很多條件限制，且工作量大。而用GPSRTK加密測量控制點則很簡單，只需在測區10 km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。

1.2 水下地形測量

隨著GPS全球定位技術的不斷發展，GPS實時動態測量在實時導航定位方面的應用越來越廣泛。目前GPS定位中應用較多的是DGPS技術，這是一種采用簡單的碼數據（波長300 m）相位平滑的技術，定位精度在nm級，水下地形高程則需要通過驗潮確定。對于大比例尺的水下地形測量或作業區遠離陸域不便于驗潮的地方，DGPS技術已難于滿足要求，而GPS實時動態相位差分（RTK）是一種直接應用L1和L2載波（波長分別為19 cm和24 cm）相位的GPS定位技術，它在三維坐標上可以提供cm級的精度，在水下地形測量中無需通過驗潮確定泥面高程，這種方法稱為GPS無驗潮測深。

假定參考站天線高為h1，參考站的正常高為h2，流動站的天線高為h3，參考站GPS天線處的正常高和大地高分別為h4、h5，流動站GPS天線相位中心的大地高和正常高分別為h6、h7，換能器的瞬間高程為h8，測點高程為h。由圖中可以看出。

這樣就實現了在水深測量中，無需通過驗潮來確定泥面高程，這種方法稱為GPS無驗潮測深。眾所周知，動吃水發生在垂直方向，在實時動態定位時，該方向上的位移量可通過架設在船體中心上方的GPS天線相位中心的瞬間高程信息獲得，該高程減去GPS天線到換能器的垂距，便是換能器發射面的瞬間高程，而換能器測量的深度正是建立在該高程的基礎上，因而說，船體的動態吃水不用專門去測定，換能器的瞬間高程已經包含了該信息。這是無驗潮測深模式所特有的，也是相對傳統方法測量精度較高的原因所在。

1.3 施工放樣測量

利用RTK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。同樣方法可以用來復樣及檢查驗收。

1.4 數字化地形圖測量

利用RTK快速定位和實時得到坐標結果的特點，在一定的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，生成數字化管道地形圖。地形點的采集可以單人作業，極大地節約了人力和時間。

2 RTK測量應用實例

2.1 測區概況

該水電工程以防洪、灌溉及城鄉供水、發電為主，兼顧航運，并具有攔沙減淤等綜合利用效益，屬準社會公益性項目。

該水下測區河道曲折，兩旁山形相對平緩，水線兩旁50 m區域為棄土或鵝卵石無茂密植被。除個別方外對RTK作業無大的影響。

2.2 確定轉換參數

為保證轉換參數的精度，共加進5個高等級GPS控制點（A，B，C，D，E），通過多種點的匹配方案，選擇殘差較少、精度較高的一組參數為最終啟用參數。

2.3 工程應用及定位精度比較分析

（1）工程控制測量和放樣測量均采用RTK作業。對同一觀測點在不同時間段進行重復RTK測量，坐標較差比較見表2；相鄰觀測點間全站儀實測距離和RTK實測距離進行抽樣檢查，結果見表3。由于采用了殘差較小的參數控制文件，正式工作之前檢測已知點，觀測時利用帶對中桿的三角支架作業，提高了觀測精度。

（2）測區位于水電樞紐工程上游0.5～ 8.5 km。測區地勢相對平坦，多路徑效應小，交通極為便利，適合RTK作業。重復測量同觀測點的坐標較差統計表，見表4；相鄰觀測點間全站儀實測和RTK實測距離抽樣檢查，見表5。

根據工作應用來看，RTK作業既可以實時提供點位坐標和高程，又可實時知道測量點位精度，能夠極大地提高工作效率。只要在作業過程中加強檢核、采用對中誤差較小的支架、遠離無線電發射電臺、避免多路經效應，RTK測量完全能夠滿足城市建設的需要。

3 結語

RTK實時動態測量技術是繼GPS全球定位技術之后，測量領域又一次技術革命。它改變了傳統的測量模式，能夠實時提供厘米級定位精度，在不通視的條件下遠距離傳輸三維坐標。應用于工程測量中，RTK能夠快速準確的布設導線網，彌補由于城市日星月異的發展造成的低等級導線點的毀壞，減輕由于工期原因給測繪人員造成的時間壓力。RTK測量需要的測量人員少、作業時間短，工作效率高，并且RTK測量成果都是獨立觀測值，不會像常規測量造成誤差積累。當然，RTK技術快速、靈活的作業方式有賴于足夠的衛星數、穩健的數據鏈、較小的多路徑效應等外界條件，在城市環境下更顯得突出，有時會出現無法正常作業的情況，這就需要不斷完善RTK技術，探討先進作業方式。隨著RTK技術的日趨成熟，必將更好地服務于城市測量。

參考文獻

[1] 沈學標.工程測量專業發展的探討[J].現代測繪，1996（4）：37-38.

[2] 《21世紀我國工程測量技術發展研討會》會議紀要[J].北京測繪，2001（4）：45.

[3] 劉志章，楊中華.工程測量的發展動態簡介[J].黃河水電職業技術學院學報， 1993（1）：50-52.

[4] 沈迪宸.我國工程測量的發展趨勢與對策[J].地理信息世界，1998（2）：23-26.

[5] 于來法.我國工程測量的發展趨勢及戰略目標[J].測繪通報，1996（2）：14-19.endprint

摘 要：該文基于筆者水利工程相關工作經驗，以筆者參與的某水電樞紐工程測量項目為工程背景，探討了RTK技術在水電工程測量中的應用思路，全文基于具體實例詳細論述了RTK技術應用于工程測量的具體流程和需要注意的細節，是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，能直接用于指導實踐，也相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：GPS RTK 工程測量 基準站 測區轉換參數

中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0009-02

1 水電工程中RTK技術應用思路研究

1.1 控制點加密的測量

在首級控制網的基礎上，為滿足地形圖及斷面等測量的需要，必須進行加密控制點的測量。而水電工程多位于偏遠地區，已知高等級控制點較少，常規的控制測量方法是測距儀導線，測量精度受到很多條件限制，且工作量大。而用GPSRTK加密測量控制點則很簡單，只需在測區10 km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。

1.2 水下地形測量

隨著GPS全球定位技術的不斷發展，GPS實時動態測量在實時導航定位方面的應用越來越廣泛。目前GPS定位中應用較多的是DGPS技術，這是一種采用簡單的碼數據（波長300 m）相位平滑的技術，定位精度在nm級，水下地形高程則需要通過驗潮確定。對于大比例尺的水下地形測量或作業區遠離陸域不便于驗潮的地方，DGPS技術已難于滿足要求，而GPS實時動態相位差分（RTK）是一種直接應用L1和L2載波（波長分別為19 cm和24 cm）相位的GPS定位技術，它在三維坐標上可以提供cm級的精度，在水下地形測量中無需通過驗潮確定泥面高程，這種方法稱為GPS無驗潮測深。

假定參考站天線高為h1，參考站的正常高為h2，流動站的天線高為h3，參考站GPS天線處的正常高和大地高分別為h4、h5，流動站GPS天線相位中心的大地高和正常高分別為h6、h7，換能器的瞬間高程為h8，測點高程為h。由圖中可以看出。

這樣就實現了在水深測量中，無需通過驗潮來確定泥面高程，這種方法稱為GPS無驗潮測深。眾所周知，動吃水發生在垂直方向，在實時動態定位時，該方向上的位移量可通過架設在船體中心上方的GPS天線相位中心的瞬間高程信息獲得，該高程減去GPS天線到換能器的垂距，便是換能器發射面的瞬間高程，而換能器測量的深度正是建立在該高程的基礎上，因而說，船體的動態吃水不用專門去測定，換能器的瞬間高程已經包含了該信息。這是無驗潮測深模式所特有的，也是相對傳統方法測量精度較高的原因所在。

1.3 施工放樣測量

利用RTK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。同樣方法可以用來復樣及檢查驗收。

1.4 數字化地形圖測量

利用RTK快速定位和實時得到坐標結果的特點，在一定的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，生成數字化管道地形圖。地形點的采集可以單人作業，極大地節約了人力和時間。

2 RTK測量應用實例

2.1 測區概況

該水電工程以防洪、灌溉及城鄉供水、發電為主，兼顧航運，并具有攔沙減淤等綜合利用效益，屬準社會公益性項目。

該水下測區河道曲折，兩旁山形相對平緩，水線兩旁50 m區域為棄土或鵝卵石無茂密植被。除個別方外對RTK作業無大的影響。

2.2 確定轉換參數

為保證轉換參數的精度，共加進5個高等級GPS控制點（A，B，C，D，E），通過多種點的匹配方案，選擇殘差較少、精度較高的一組參數為最終啟用參數。

2.3 工程應用及定位精度比較分析

（1）工程控制測量和放樣測量均采用RTK作業。對同一觀測點在不同時間段進行重復RTK測量，坐標較差比較見表2；相鄰觀測點間全站儀實測距離和RTK實測距離進行抽樣檢查，結果見表3。由于采用了殘差較小的參數控制文件，正式工作之前檢測已知點，觀測時利用帶對中桿的三角支架作業，提高了觀測精度。

（2）測區位于水電樞紐工程上游0.5～ 8.5 km。測區地勢相對平坦，多路徑效應小，交通極為便利，適合RTK作業。重復測量同觀測點的坐標較差統計表，見表4；相鄰觀測點間全站儀實測和RTK實測距離抽樣檢查，見表5。

根據工作應用來看，RTK作業既可以實時提供點位坐標和高程，又可實時知道測量點位精度，能夠極大地提高工作效率。只要在作業過程中加強檢核、采用對中誤差較小的支架、遠離無線電發射電臺、避免多路經效應，RTK測量完全能夠滿足城市建設的需要。

3 結語

RTK實時動態測量技術是繼GPS全球定位技術之后，測量領域又一次技術革命。它改變了傳統的測量模式，能夠實時提供厘米級定位精度，在不通視的條件下遠距離傳輸三維坐標。應用于工程測量中，RTK能夠快速準確的布設導線網，彌補由于城市日星月異的發展造成的低等級導線點的毀壞，減輕由于工期原因給測繪人員造成的時間壓力。RTK測量需要的測量人員少、作業時間短，工作效率高，并且RTK測量成果都是獨立觀測值，不會像常規測量造成誤差積累。當然，RTK技術快速、靈活的作業方式有賴于足夠的衛星數、穩健的數據鏈、較小的多路徑效應等外界條件，在城市環境下更顯得突出，有時會出現無法正常作業的情況，這就需要不斷完善RTK技術，探討先進作業方式。隨著RTK技術的日趨成熟，必將更好地服務于城市測量。

參考文獻

[1] 沈學標.工程測量專業發展的探討[J].現代測繪，1996（4）：37-38.

[2] 《21世紀我國工程測量技術發展研討會》會議紀要[J].北京測繪，2001（4）：45.

[3] 劉志章，楊中華.工程測量的發展動態簡介[J].黃河水電職業技術學院學報， 1993（1）：50-52.

[4] 沈迪宸.我國工程測量的發展趨勢與對策[J].地理信息世界，1998（2）：23-26.

[5] 于來法.我國工程測量的發展趨勢及戰略目標[J].測繪通報，1996（2）：14-19.endprint

摘 要：該文基于筆者水利工程相關工作經驗，以筆者參與的某水電樞紐工程測量項目為工程背景，探討了RTK技術在水電工程測量中的應用思路，全文基于具體實例詳細論述了RTK技術應用于工程測量的具體流程和需要注意的細節，是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，能直接用于指導實踐，也相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：GPS RTK 工程測量 基準站 測區轉換參數

中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0009-02

1 水電工程中RTK技術應用思路研究

1.1 控制點加密的測量

在首級控制網的基礎上，為滿足地形圖及斷面等測量的需要，必須進行加密控制點的測量。而水電工程多位于偏遠地區，已知高等級控制點較少，常規的控制測量方法是測距儀導線，測量精度受到很多條件限制，且工作量大。而用GPSRTK加密測量控制點則很簡單，只需在測區10 km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。

1.2 水下地形測量

隨著GPS全球定位技術的不斷發展，GPS實時動態測量在實時導航定位方面的應用越來越廣泛。目前GPS定位中應用較多的是DGPS技術，這是一種采用簡單的碼數據（波長300 m）相位平滑的技術，定位精度在nm級，水下地形高程則需要通過驗潮確定。對于大比例尺的水下地形測量或作業區遠離陸域不便于驗潮的地方，DGPS技術已難于滿足要求，而GPS實時動態相位差分（RTK）是一種直接應用L1和L2載波（波長分別為19 cm和24 cm）相位的GPS定位技術，它在三維坐標上可以提供cm級的精度，在水下地形測量中無需通過驗潮確定泥面高程，這種方法稱為GPS無驗潮測深。

假定參考站天線高為h1，參考站的正常高為h2，流動站的天線高為h3，參考站GPS天線處的正常高和大地高分別為h4、h5，流動站GPS天線相位中心的大地高和正常高分別為h6、h7，換能器的瞬間高程為h8，測點高程為h。由圖中可以看出。

這樣就實現了在水深測量中，無需通過驗潮來確定泥面高程，這種方法稱為GPS無驗潮測深。眾所周知，動吃水發生在垂直方向，在實時動態定位時，該方向上的位移量可通過架設在船體中心上方的GPS天線相位中心的瞬間高程信息獲得，該高程減去GPS天線到換能器的垂距，便是換能器發射面的瞬間高程，而換能器測量的深度正是建立在該高程的基礎上，因而說，船體的動態吃水不用專門去測定，換能器的瞬間高程已經包含了該信息。這是無驗潮測深模式所特有的，也是相對傳統方法測量精度較高的原因所在。

1.3 施工放樣測量

利用RTK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。同樣方法可以用來復樣及檢查驗收。

1.4 數字化地形圖測量

利用RTK快速定位和實時得到坐標結果的特點，在一定的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，生成數字化管道地形圖。地形點的采集可以單人作業，極大地節約了人力和時間。

2 RTK測量應用實例

2.1 測區概況

該水電工程以防洪、灌溉及城鄉供水、發電為主，兼顧航運，并具有攔沙減淤等綜合利用效益，屬準社會公益性項目。

該水下測區河道曲折，兩旁山形相對平緩，水線兩旁50 m區域為棄土或鵝卵石無茂密植被。除個別方外對RTK作業無大的影響。

2.2 確定轉換參數

為保證轉換參數的精度，共加進5個高等級GPS控制點（A，B，C，D，E），通過多種點的匹配方案，選擇殘差較少、精度較高的一組參數為最終啟用參數。

2.3 工程應用及定位精度比較分析

（1）工程控制測量和放樣測量均采用RTK作業。對同一觀測點在不同時間段進行重復RTK測量，坐標較差比較見表2；相鄰觀測點間全站儀實測距離和RTK實測距離進行抽樣檢查，結果見表3。由于采用了殘差較小的參數控制文件，正式工作之前檢測已知點，觀測時利用帶對中桿的三角支架作業，提高了觀測精度。

（2）測區位于水電樞紐工程上游0.5～ 8.5 km。測區地勢相對平坦，多路徑效應小，交通極為便利，適合RTK作業。重復測量同觀測點的坐標較差統計表，見表4；相鄰觀測點間全站儀實測和RTK實測距離抽樣檢查，見表5。

根據工作應用來看，RTK作業既可以實時提供點位坐標和高程，又可實時知道測量點位精度，能夠極大地提高工作效率。只要在作業過程中加強檢核、采用對中誤差較小的支架、遠離無線電發射電臺、避免多路經效應，RTK測量完全能夠滿足城市建設的需要。

3 結語

RTK實時動態測量技術是繼GPS全球定位技術之后，測量領域又一次技術革命。它改變了傳統的測量模式，能夠實時提供厘米級定位精度，在不通視的條件下遠距離傳輸三維坐標。應用于工程測量中，RTK能夠快速準確的布設導線網，彌補由于城市日星月異的發展造成的低等級導線點的毀壞，減輕由于工期原因給測繪人員造成的時間壓力。RTK測量需要的測量人員少、作業時間短，工作效率高，并且RTK測量成果都是獨立觀測值，不會像常規測量造成誤差積累。當然，RTK技術快速、靈活的作業方式有賴于足夠的衛星數、穩健的數據鏈、較小的多路徑效應等外界條件，在城市環境下更顯得突出，有時會出現無法正常作業的情況，這就需要不斷完善RTK技術，探討先進作業方式。隨著RTK技術的日趨成熟，必將更好地服務于城市測量。

參考文獻

[1] 沈學標.工程測量專業發展的探討[J].現代測繪，1996（4）：37-38.

[2] 《21世紀我國工程測量技術發展研討會》會議紀要[J].北京測繪，2001（4）：45.

[3] 劉志章，楊中華.工程測量的發展動態簡介[J].黃河水電職業技術學院學報， 1993（1）：50-52.

[4] 沈迪宸.我國工程測量的發展趨勢與對策[J].地理信息世界，1998（2）：23-26.

[5] 于來法.我國工程測量的發展趨勢及戰略目標[J].測繪通報，1996（2）：14-19.endprint