GPS-RTK技術(shù)及其在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用問(wèn)題研究

莫家玉

（寧夏農(nóng)墾勘測(cè)設(shè)計(jì)院〈有限公司〉，寧夏 銀川 750002）

0 引言

在傳統(tǒng)的工程測(cè)量中，控制測(cè)量主要通過(guò)經(jīng)緯儀、全站儀、水準(zhǔn)儀等儀器設(shè)備來(lái)建立測(cè)角網(wǎng)、測(cè)邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)，這要求控制點(diǎn)之間能通視；地形圖碎部點(diǎn)采集及工程放樣測(cè)量主要依據(jù)加密后的控制點(diǎn)和圖根控制點(diǎn)，借助儀器用極坐標(biāo)法實(shí)地測(cè)定地形、地物點(diǎn)及放樣點(diǎn)的邊角關(guān)系，最后在圖上展點(diǎn)繪圖或確定放樣點(diǎn)在實(shí)地的位置，這跟控制測(cè)量一樣要求測(cè)站點(diǎn)和待測(cè)點(diǎn)之間能通視且在一定的視距范圍內(nèi)。所以傳統(tǒng)的測(cè)量方法具有費(fèi)時(shí)費(fèi)工、精度不均勻的缺點(diǎn)。隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量——RTK（Real Time Kinematic）測(cè)量技術(shù)也日益成熟，因其具有精度高、實(shí)時(shí)性和高效性，目前在測(cè)繪領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

1 RTK技術(shù)的基本原理及特點(diǎn)

RTK技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GPS測(cè)量技術(shù)中的一個(gè)新的突破。RTK定位技術(shù)是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。GPS-RTK系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站和通訊系統(tǒng)組成。其基本原理是在基準(zhǔn)站和移動(dòng)站都設(shè)置好后，同時(shí)接收5顆以上的相同衛(wèi)星進(jìn)行載波相位觀測(cè)。基準(zhǔn)站在跟蹤載波相位測(cè)量的同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將測(cè)站坐標(biāo)、觀測(cè)值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機(jī)工作狀態(tài)發(fā)射出去；流動(dòng)站在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行載波相位觀測(cè)的同時(shí)，還通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的信息，實(shí)時(shí)解算出相對(duì)于基準(zhǔn)站點(diǎn)的基線向量，并通過(guò)已知設(shè)置的轉(zhuǎn)換參數(shù)及投影方法計(jì)算出流動(dòng)站的地方坐標(biāo)。GPS-RTK測(cè)量技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）作業(yè)效率高。流動(dòng)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(diǎn)坐標(biāo)，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了工作效率。

（2）定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒(méi)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4 km）RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級(jí)。

（3）降低了作業(yè)條件要求。RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只要求滿足 “磁波通視”，因而和傳統(tǒng)測(cè)量相比，RTK技術(shù)受通視條件、能見(jiàn)度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測(cè)量看來(lái)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(jìn)行快速、高精度的定位作業(yè)。

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

（5）操作簡(jiǎn)便，使用方便，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。只要在設(shè)站時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置，就可以邊走邊獲得測(cè)量結(jié)果坐標(biāo)或進(jìn)行坐標(biāo)放樣，其數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、處理和輸出能力強(qiáng)，能方便快捷地與計(jì)算機(jī)通信連接。

2 GPS-RTK測(cè)量技術(shù)在水利測(cè)量中的應(yīng)用

2.1 RTK測(cè)量技術(shù)在水利工程測(cè)量中優(yōu)勢(shì)

（1）不用布設(shè)各級(jí)的控制點(diǎn)，而只需一定數(shù)量的測(cè)量基準(zhǔn)控制點(diǎn)。

（2）RTK的測(cè)量能夠提高精度。能夠快速地測(cè)定地圖中的圖根控制點(diǎn)以及地形點(diǎn)和地物點(diǎn)的坐標(biāo)。這使得在水利工程的具體測(cè)量中能夠減少許多不必要的工作量，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（3）RTK技術(shù)可利用專業(yè)的測(cè)圖軟件，在野外快速生成所需電子地，并據(jù)已有的數(shù)據(jù)成果進(jìn)行工程的施工放樣。

2.2 GPS測(cè)量技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用

GPS的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)水利工程測(cè)量中的各測(cè)站之間不需要通視，就可以通過(guò)GPS的定位技術(shù)保證水利工程的施工是依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行的，不需要像以前那樣在施工中必須保持各測(cè)站能夠通視，簡(jiǎn)化了這一繁瑣的工序。使用GPS測(cè)量的技術(shù)對(duì)水利工程進(jìn)行測(cè)量觀測(cè)的時(shí)間短，也就是在采用GPS技術(shù)對(duì)水利工程進(jìn)行測(cè)量觀測(cè)時(shí)，消耗的時(shí)間一般控制在30-40min左右。這種測(cè)量定位還是以快速的靜態(tài)的定位方法進(jìn)行，可以縮短觀測(cè)時(shí)間。GPS測(cè)量技術(shù)可操作性強(qiáng)，就是使用GPS技術(shù)對(duì)水利工程進(jìn)行測(cè)量的流程簡(jiǎn)便，測(cè)量技術(shù)自動(dòng)化程度高。測(cè)量工作人員將天線對(duì)中整平,然后量取該天線，最后打開(kāi)電源就可以進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量觀測(cè)。

3 影響RTK測(cè)量的常規(guī)誤差源

（1）同測(cè)站有關(guān)的誤差。如通信相位中心變化、多路徑誤差、信號(hào)干擾和氣象因素的影響，其中多路徑誤差是GPS-RTK測(cè)量中影響最嚴(yán)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(duì)流層誤差。

（3）人為因素的影響誤差。在本次測(cè)量中主要表現(xiàn)有：①坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的影響，求取的4個(gè)參數(shù)的/比例因子0值太小或高程擬合參數(shù)選取不夠精確；②在采集數(shù)據(jù)過(guò)程中對(duì)中桿傾斜和非固定解采集數(shù)據(jù)的影響，在對(duì)中桿傾斜狀態(tài)下就記錄數(shù)據(jù)或精度因子較大時(shí)非固定解狀態(tài)下就采集數(shù)據(jù)；③數(shù)據(jù)采集時(shí)天線高輸入錯(cuò)誤；④移動(dòng)站離基準(zhǔn)站距離較遠(yuǎn)或存在障礙物而使數(shù)據(jù)精度降低，校正點(diǎn)點(diǎn)位誤差的累積的影響，在渠道測(cè)量中時(shí)有體現(xiàn)。

對(duì)于前2項(xiàng)的誤差影響，可以選擇良好的觀測(cè)條件和恰當(dāng)?shù)挠^測(cè)方法來(lái)削弱這些誤差的影響；對(duì)于第3項(xiàng)的人為因素影響，在測(cè)量過(guò)程中應(yīng)盡量避免或在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中予以改正。

4 誤差控制以及提高RTK測(cè)量質(zhì)量的方法

隨著GPS-RTK技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用越來(lái)越頻繁，逐漸暴露出該項(xiàng)技術(shù)在測(cè)量中存在的問(wèn)題，比如測(cè)量的誤差等。

4.1 誤差控制

這種誤差的控制的技術(shù)主要就是從GPS技術(shù)的本身入手。由于GPS技術(shù)的衛(wèi)星軌道誤差是由于衛(wèi)星出現(xiàn)了一定的錯(cuò)誤，這種錯(cuò)誤對(duì)于水利工程測(cè)量來(lái)說(shuō)，它的影響以及測(cè)量數(shù)據(jù)的差異還是比較小的。在測(cè)量中可以基本上忽略不計(jì)。從RTK技術(shù)來(lái)看這是由于測(cè)量中使用的天線相位中心發(fā)生了變化導(dǎo)致了誤差的產(chǎn)生，因此對(duì)于它的解決方法只要進(jìn)行天線檢驗(yàn)校正即可。

信號(hào)傳播誤差控制。GPS信號(hào)的傳播有關(guān)誤差的產(chǎn)生主要是由于自然環(huán)境的影響。比如，大氣的環(huán)境和對(duì)流層變化等。因此解決方案只需使用雙頻RTK同步差分以及去控制測(cè)量過(guò)程中使用的天線高度角就能夠減小，甚至消除這種誤差。但是，對(duì)于在使用RTK定位技術(shù)測(cè)量的誤差也就是出現(xiàn)了多路徑效應(yīng)誤差，以及其他信號(hào)干擾誤差時(shí)，它的解決方法是在測(cè)量中做好環(huán)境的檢測(cè)，而盡量的遠(yuǎn)離雷達(dá)站以及無(wú)線電和電磁波等干擾源，這能夠極大的控制誤差減少。

4.2 提高RTK測(cè)量質(zhì)量的方法

已知點(diǎn)檢核比較法。這種用來(lái)提高RTK測(cè)量質(zhì)量方法是目前最常見(jiàn)的方法，它主要是利用RTK測(cè)出的控制點(diǎn)的坐標(biāo)，對(duì)這些坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行比較檢核之后，測(cè)量的誤差進(jìn)而對(duì)其解決和糾正重測(cè)比較法。重測(cè)比較法就是重新測(cè)量進(jìn)行比較。具體來(lái)說(shuō)就是對(duì)已經(jīng)測(cè)過(guò)的幾個(gè)RTK的點(diǎn)，以及水利工程測(cè)量中的確定沒(méi)有問(wèn)題的高精度控制點(diǎn)，重新進(jìn)行RTK點(diǎn)的測(cè)量，然后進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)問(wèn)題最后解決問(wèn)題。另外還有類似于電臺(tái)的變頻實(shí)時(shí)檢測(cè)法等等。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之RTK測(cè)量技術(shù)不僅操作簡(jiǎn)單方便，而且，RTK的測(cè)量能夠高精度、快速地測(cè)定地圖中的圖根控制點(diǎn)以及地形點(diǎn)和地物點(diǎn)等的坐標(biāo)。因此，對(duì)于GPS-RTK在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用方法進(jìn)行研究分析能夠提高水利工程的測(cè)量的準(zhǔn)確性使該方法得以廣泛應(yīng)用。

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