RTK技術在長江航道工程測量中應用探討

翟信德（長江南京航道局，江蘇南京 210011）

RTK技術在長江航道工程測量中應用探討

翟信德
（長江南京航道局，江蘇南京 210011）

本文介紹了常規RTK測量和網絡RTK測量的基本原理。在比較了兩種測量方式的優缺點的基礎上，為提高工程效率和確保工程質量，結合長江航道工程測量工作特征和測量工作中RTK信號實際測試結果，探討了在長江下游航道工程測量中如何合理應用RTK技術。在長江和暢洲河段航道工程測量中，因合理選擇RTK技術大大提高了工作效率，取得良好的成效。

GPS RTK C0RS 航道測量

1　引言

RTK這種新型GPS測量方法已在工程放樣、地形測圖和各種控制測量得到廣泛應用，極大地提高了外業作業效率。隨著網絡、通信和計算機等領域的發展RTK使用方法也發了根本性的變化。長江下游航道范圍內GPS各等級控制網布設均勻，控制點眾多，這些條件為使用RTK測量提供了便利，同時該段航道擁有技術比較成熟的江蘇省全球導航衛星連續運行參考站綜合服務系統（簡稱JSCORS）。針對長江下游航道、地理分布等特性如何合理使用RTK技術為工程建設服務，對于提高航道工程測量的精度和效率起到至關重要的作用。

2　RTK技術的原理

2.1RTK定位原理

RTK測量是根據GPS的相對定位理論，將一臺接收機設置在已知點上，另一臺或幾臺接收機放在待測點上，同步采集相同衛星的信號。

RTK測量系統通常由GPS信號接收部分（基準站）、實時數據傳輸部分和實時數據處理（流動站）三部分組成?；鶞收驹诮邮誈PS信號并進行載波相位測量的同時，通過數據鏈將其觀測值、衛星跟蹤狀態和測站坐標信息傳送給流動站，流動站通過數據鏈接收來自基準站的改正數據，然后利用GPS控制器內置的實時數據處理軟件與本機采集的GPS觀測數據組成差分觀測值進行實時處理，實時計算待測點的坐標、高程值并統計其精度［1］。

2.2RTK技術分類

根據數據傳輸部分采用通信鏈路的不同將RTK測量技術分為常規RTK測量和網絡RTK測量［2］。

2.2.1常規RTK測量

常規RTK測量系統的數據傳輸多采用電臺播發差分信號，系統組成如圖1所示。常規RTK數據鏈電臺信號在傳輸過程中易受外界環境影響。另外，當常規RTK作業半徑超過一定距離時，測量結果誤差超限，所以常規RTK的實際作業有效半徑比其標稱半徑要?。?］。

2.2.2網絡RTK測量

為了解決常規RTK所存在的缺陷，達到區域范圍內厘米級、精度均勻的實時動態定位，同事隨著計算機、通信等行業的發展，在常規RT K的基礎上研發了網絡RT K技術。網絡RT K技術就是利用地面布設的一個或多個基準站組成GPS連續運行參考站（C0RS），綜合利用各個基站的觀測信息，通過建立精確的誤差修正模型，通過實時發送RTCM差分改正數在修正用戶的觀測值精度，在更大范圍內實現移動用戶的高精度導航定位服務［4］。網絡RTK測量系統組成如圖2所示。

表1　常規RTK模式和網絡RTK優缺點比較

表2　網絡RTK航道測量定位結果統計表

表3　常規RTK定位模式統計表

網絡RTK技術集Internet技術、無線通訊技術、計 算機網絡管理技術和GPS定位技術于一體，其理論研究及系統開發均是GPS技術科研和應用領域最熱門的前沿［5］。

2.3兩種技術的優缺點［6］

常規RTK模式和網絡RTK優缺點比較見表1。

兩種技術的優缺點也會隨著技術的不斷進步發生變化。如：電臺的技術指標將會有更高提升，設備的體積變得更小。網絡穩定性和可靠性不斷提升，網絡帶寬越來越大，這些都促進著RTK技術的不斷發展［7］。

3　長江航道工程測量RTK技術選擇

長江江蘇段江面總體比較寬闊，最窄處約1.5公里，最寬處約12公里，且江面離城市中心遠近不同，部分區域江面通信信號較差，這些因素都會影響JSCORS系統的使用效率和精度。為此在開始航道工程測量前期有必要對測區信號覆蓋情況進行測試。

長江南京以下12.5米深水航道建設工程建設前在長江干線通州沙和白茆沙河段進行了JSCORS信號測試，通訊方式分別采用電信的CDMA和中國移動的GPRS方式，RTK測量每隔50米記錄一個點位，詳細軌跡圖3。測試結果分析得出固定解、浮動解和碼差分的比例見表2。

從結果可以看出，測量所得的固定解比例較低，難以滿足航道測量的需要。為了保證工程區域GPS定位的高精度和高可靠性，計劃采用常規RTK方式建立施工區GPS參考站系統，采用無線電傳輸方式發送差分信號。建設參考站前同時使用天寶和徠卡兩套RTK設備現場進行航道測量，統計航道測量GPS定位固定解情況，詳細數據統計見表3。

從上表可以看出白茆沙水域徠卡設備10公里以內固定解比率相對較低只有82.5%，但仍然高于JSCORS的最高值80%。天寶在測試中15公里以內固定解比例基本都在99%以上，原因在于天寶選用的電臺功率較大。從測試結果來看，常規RTK定位方式模式在航道測量中穩定性要高于JSCORS，在本工程水域航道工程測量中采用常規RTK定位模式更為合適。在長江南京以下12.5米深水航道建設一期工程中建設了連續運行的常規RTK參考站，為航道整治建筑物施工放樣和航道礙航段疏浚施工，以及航道施工前及整治后建筑物的沉降變形觀測和航道地形監測提供保障。

表4　已知點校核統計

4　工程應用

長江南京以下12.5米深水航道建設二期工程工可階段為確保整治工程效果發揮，防止航道整治工程實施對護岸工程造成不利影響，擬對和暢洲北汊航道河段實施護岸加固和整治建筑物工程，設計需對擬建工程區域航道和護岸進行測量。

4.1施測內容與要求

4.1.1護岸平面地形測量

護岸平面地形測量范圍分別為和暢洲左汊左岸，和暢洲左緣，和暢洲洲頭及右緣，孟家港段。平面地形分為水下地形和陸地地形。

4.1.2橫斷面測量

橫斷面方向應盡可能與水流方向垂直。斷面圖使用投影法成圖，將斷面線附近5米以內的實測點垂直投影至斷面線，斷面圖根據實測的投影點生成。

4.1.3整治工程測量

整治工程區域范圍覆蓋整治建筑物的工程范圍，和暢洲北汊全水道水下地形測量。擬建整治建筑物接岸處，四周各150m范圍內。

4.2測區情況

項目工期較短，測區跨長江兩岸，且和暢洲位于江心交通不便，因此方案制定時應充分考慮各項因素按期提交資料。測區已建有長江南京以下12.5米深水航道二期工程GPS控制網，業主提供了SPJT 和SPCC兩個控制點坐標以及測區WGS-84坐標系與北京54坐標系轉換參數。同時測區周邊有BTJY、BTZJ、BTDT等JSCORS站點。

4.3RTK技術在項目中的應用

測量項目中水下地形測量和陸地地形測量都涉及定位方式選擇問題。合理使用RTK技術對于提高測量工作效率以及減少測繪內業處理工作量起到至關重要的作用。

在建設長江南京以下12.5米深水航道二期工程GPS控制網已對該段航道的基準站點常規RTK定位方式的信號覆蓋范圍進行了測試。SPJT點架設基站時，距離基站上游11公里、下游14公里范圍內均能收到RTK的固定解。而本次工程測量范圍距測區約6公里。因此，項目實施過程中優先考慮選擇傳統RTK的定位方法，使用電臺方式播發差分信號。JSCORS系統作為岸上地形測量備選設備，也可作為導航設備為斷面測量提供定位。

4.3.1水下地形測量

水下地形測量的平面定位，采用Trimble 5800 RTK定位，安裝前將移動站GPS在已知點SPCC上進行校核，詳細見已知點校核統計，比對結果滿足精度要求后方可用于測量。在實際測量過程中，RTK定位數據輸出穩定，沒有出現斷鏈和失鎖情況，確保了水下地形測量工作按計劃按時完成。（表4）

4.3.2岸上測量

岸上測量主要有兩方面內容，一是岸線大堤內地形測量；二是橫斷面測量。

（1）地形測量?？紤]到本測區為鎮江和揚州交界處，為兩市通信信號覆蓋邊緣區域，信號的頻繁切換影響JSCORS網絡的穩定性，頻繁的連接網絡影響工作的效率。但是對于一些工廠、碼頭門吊等對無線電干擾較大區域網絡RTK可以彌補不足。因此本次地形測量確保工作的穩定性，決定以常規RTK作業為主，網絡RTK作業為輔。

……

……

（2）斷面測量。斷面測量點采集時需要嚴格定位在斷面線上。測量點按要求不能偏離計劃線5米以上，否則在生成斷面線時不能被引用，導致斷面缺點影響斷面生成精度。首先在AutoCad中繪制斷面計劃線，將AutoCad文件導入RTK手簿，測量過程中以計劃線為底圖嚴格按照計劃線位置測量。

測量時遇到闊葉林地時，使用RTK配合全站儀的方法。RTK可為全站儀棱鏡做導航定位，雖然在樹林中無法得到固定解但浮動解能夠滿足5米定位的要求。在實際測量施工過程中取得了良好的效果，如圖4中斷面測量成果點與斷面最大偏離距離2.3米。

5　結語

綜上所述，常規RT K在和網絡RT K在長江航道工程測量過程中有很多優勢，同時也有些技術限制，只有了解各種作業方式的特點，結合特定的工作環境合理選擇才能更好的為測量服務。在長江下游航道測量過程中如何更好的應用RTK技術總結如下，供參考探討：

（1）對于航道水深監測測量建議使用常規RTK作業方式，采用電臺傳輸差分數據，進一步研究講常規RTK基站聯網播發差分信號，減小因距離產生誤差的影響。

（2）靠近城市的航道可以充分利用已建的C O R S系統。建議JSCORS系統基站采用雙發射模式，基站同時通過電臺和網絡模塊發射當電臺信號。

（3）隨著北斗定位系統不斷發展，GPS進入基于北斗衛星導航系統的多星應用時代［8］，具有快速固定與抗干擾遮擋的優點，合理加以應用RTK技術必將在航道測繪中發揮更大的優勢。

［1］潘寶玉，李宏偉.RTK技術的特點及提高成果精度的技術關鍵［J］.測繪工程，2003，12（4）：46-49.

［2］晏黎明，況太君，熊超.GPS RTK作業幾種模式探討［J］.人民長江，2009，40（22）：37-39.

［3］高星偉，陳銳志，趙春梅.網絡RTK算法研究與實驗.武漢大學學報（信息科學版）［J］，2009，34（11）：1350-1353.

［4］鄒仁均.網絡RTK技術在成都市城市測量中的應用［J］.城市勘測，2007，（3）：20-22.

［5］黃育華，倪宏宇.CORS服務網的技術研究［J］.地理空間信息，2008，6（1）：34-36.

［6］余小龍，胡學奎.GPS RTK技術的優缺點及發展前景［J］.測繪通報，2007，（10）：39-41.

［7］柏柳，肖鸞，胡友健.CORS的精度及其穩定性研究［J］.河南理工大學學報（自然科學版），2005，24（4）：283-288.

［8］潘未莊，陳石平，牛明超.一款北斗/GPS雙模定位模塊設計與實現［J］.全球定位系統，2014，（2）：34-37.