水利工程測繪中GPS—RTK技術(shù)的應(yīng)用研究

梁永歡

摘要：隨著科技的進步，我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，這就對勘測工作提出了更高的要求。本文簡要說明GPS-RTK技術(shù)原理與構(gòu)成的基礎(chǔ)上，介紹該技術(shù)在水利測繪領(lǐng)域中的應(yīng)用，并結(jié)合實例總結(jié)其使用過程中的優(yōu)缺點。因地制宜，在水利工程建設(shè)和管理工作中，如何更好地發(fā)揮新技術(shù)的作用，是每個測繪工作者努力的方向。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK；水利工程；測繪技術(shù)應(yīng)用；精度；應(yīng)對措施

1 GPS-RTK技術(shù)的由來

GPS是Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡稱，它是由美國陸海空三軍在20世紀70年代聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。應(yīng)用GPS（全球定位系統(tǒng)）實施動態(tài)定位技術(shù)，即RTK（Real Time Kinematic）技術(shù)。常規(guī)的GPS測量方法，如：靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量均需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK技術(shù)是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法。它是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)極大地提高了工程放樣、地形測圖，各種控制測量的外業(yè)作業(yè)效率。

2 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)勢

1）利用GPS（RTK）技術(shù)進行水利工程測量，可以提供快速和高精度的實時三維坐標數(shù)據(jù)，受約束少，節(jié)省大量測量時問，實現(xiàn)了效率化、自動化、智能化。

2）高精度的測量成果，保障了水利工程的安全性，讓水利工程更好地發(fā)揮應(yīng)有作用，為我國的經(jīng)濟發(fā)展做貢獻。

3）GPS技術(shù)與全站儀等儀器可以聯(lián)合作業(yè)，發(fā)揮各自優(yōu)勢，更快更好地做好水利工程前期測繪工作。

3 GPS-RTK技術(shù)遠景

GPS在水利工程中的應(yīng)用，對水利工程勘測手段和作業(yè)方法產(chǎn)生了革命性的變革，極大地提高了測量精度與測量效率，特別是實時動態(tài)（RTK）定位技術(shù)將會在水利工程前期勘測、水利工程的施工以及后期的管理工作發(fā)揮不可或缺的作用。

4 GPS-RTK技術(shù)原理與構(gòu)成

RTK實時動態(tài)定位技術(shù)，是一項以載波相位觀測為基礎(chǔ)的實時差分GPS測量技術(shù)，是利用兩臺或兩臺以上GPS接收機同時接收衛(wèi)星信號，其中一臺安置在已知坐標點上作為基站，其它作為移動站。在RTK作業(yè)模式下，基站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給移動站。移動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，同時給出毫米級的定位結(jié)果。移動站可在靜態(tài)或者動態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周未知數(shù)解固定后，即可進行每個歷元的實時處理。只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，移動站可隨時給出毫米級定位結(jié)果。RTK測量系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

5測繪新技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

GPS-RTK技術(shù)具有定位精度高，實時定位速度快，提供三維坐標，操作簡便，全天候作業(yè)及全球地面連續(xù)覆蓋等特點，在現(xiàn)代化水利測繪方面得到廣泛應(yīng)用。在測量工程中，常規(guī)的導(dǎo)線測量的控制方式慢慢被淘汰，利用RTK技術(shù)控制網(wǎng)測量和部分碎部測量得到應(yīng)用。其基本優(yōu)點為首先是高精度，其次觀測時間短，應(yīng)用RTK測量時，當(dāng)每個流動站與基準站相距在15 km以內(nèi)時，流動站觀測時間每站觀測僅需幾秒鐘。在水利工程測量過程中，采取RTK點放樣和線路放樣，采用點放樣時，首先將放樣點坐標和靜態(tài)網(wǎng)中的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)一起上傳到GPS流動站中，然后根據(jù)所放點標識進行實地放樣。進行線路放樣時首先在室內(nèi)根據(jù)線路中心線的彎道元素編制線路中心線文件，將該文件和坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)上傳到GPS流動站接收機，在實地依樁號和所放點與中心線的關(guān)系進行現(xiàn)場放樣。GPS測量資料與水準測量資料相結(jié)合來確定區(qū)域性大地水準面的高程是一種有效的方法。這種方法要求GPS觀測點具有水準測量資料且密度適當(dāng)，分布比較均勻。利用高精度GPS定位技術(shù)精密確定觀測點的大地高程差，并根據(jù)建立的適當(dāng)大地水準面數(shù)學(xué)模型，內(nèi)插出計算點的高程異常或異常差，從而得出特定點的正常高。利用RTK技術(shù)進行縱、橫斷面測量，形數(shù)據(jù)點的采集工作，大大提高了作業(yè)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

6 GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用實例

1）工程概述。某河道上興建一大型攔河擋潮閘，為了結(jié)合水閘平面布置、軸線比較及水利模型試驗工作，需要進行水下地形測量。水下地形測量范圍由水閘軸線上軸線方案上游5 km至下軸線方案下游l km范圍，整個測區(qū)視野開闊，河道水面最寬約250 m。本工程測量采用

GPS-RTK技術(shù)作業(yè)，使用Trimble 5？700 GPS系統(tǒng)，應(yīng)用其電子手簿TSC1進行數(shù)據(jù)處理。

2）測量前電子手簿TSC1的操作準備。使用TSC1首先建立新的工作項目，項目名稱為“某攔河擋潮閘工程”。考慮本工程測量采用的坐標系統(tǒng)，操作時直接從資料庫中的其他工作項目中選擇采用相同坐標系統(tǒng)的項目拷貝出來，這樣可以免去輸人與轉(zhuǎn)換的麻煩。拷貝坐標系統(tǒng)成功后對工程項目的系統(tǒng)單位、系統(tǒng)時間，日期分別進行配置。

設(shè)置RTK基準站。選擇在上空開闊、無遮擋的點，并且能夠看到周圍沿地平線高度角130以上的全部天空作為基準站建站位置。基準站定位后，在點位上對中整平，連接5？700 GPS，連接接收機電源，同時將TSC1電子控制器連接到GPS接收機。再將外接電臺的天線和延長桿安裝在比較高的固定位置，連接電臺天線和電臺，連接電臺和GPS接收機，連接電臺電源。啟動基準站接收機并設(shè)置好基準站。

設(shè)置RTK流動站。將5？700 GPS安裝在背包里，電臺天線安裝在背包上，GPS天線用延長桿安裝在背包上，測量人員手持TSC1作業(yè)，連接各種天線。啟動RTK流動站，初始化完成后即可進行測量。

3）測深儀器的選擇。由于本工程水域面積較大、水深較深、流速較快，采用傳統(tǒng)的測深桿、測深繩測量水深，精度較低，費工費時，故選用回聲測深儀進行測量。測深點平面定位與水深測量同步進行。開展測量前對測深儀在測區(qū)內(nèi)進行聲速測定，通過測點處實際水深與校正測深儀測深值的比較，校正測深儀聲速，保證水深值的正確性。

4）外業(yè)測量。采用Trimble 5？700 GPS自動采集水下地形點的平面坐標及高程，測量過程中實時傳輸RTK作業(yè)數(shù)據(jù)，使測深儀數(shù)據(jù)與GPS同步自動記錄。

5）內(nèi)業(yè)處理。外業(yè)工作結(jié)束后，利用計算機對外業(yè)數(shù)據(jù)進行分析及整理，并通過數(shù)字化成圖軟件成圖輸入。測量過程中由于使用了RTK技術(shù)，無須進行復(fù)雜的觀測和內(nèi)插。

7結(jié)束語

GPS-RTK技術(shù)以其實時、高效等優(yōu)點，已在水利測繪領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是其本身仍存在一些缺點，作業(yè)時如果操作失誤或某些技術(shù)問題處理不當(dāng)，都會給測量成果帶來嚴重影響。結(jié)合GPS-KTK技術(shù)在水利工程測繪中的實際應(yīng)用，對其優(yōu)缺點及影響精度的因素進行了分析并提出了相應(yīng)措施。

參考文獻：

[1]李紀人，等.GPS技術(shù)水利應(yīng)用指南[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

（作者單位：河北省水利水電勘測設(shè)計研究院）