GPS RTK技術在渭洛河淤積測驗中的應用研究

◎劉迎新

1 GPS RTK測量原理

GPS RTK技術的工作原理是：基準站以及移動站同時接收四顆以上的相同衛星（初始化則要求五顆）進行載波相位觀測。設置在坐標精確的已知點上的基準站，在跟蹤載波相位測量的同時通過數據鏈將測站坐標、觀測值、衛星跟蹤狀態及接收機工作狀態發射出去；移動站在各待定點上依次設站觀測，在接收GPS信號進行載波相位觀測的同時通過數據鏈接收來自基準站的載波相位差分及相關數據，實時解算WGS-84坐標系的坐標，并根據控制器上設置的轉換參數以及投影方法實時計算出移動站的坐標和高程。

2 GPS RTK技術優點

2.1 作業效率高。在一般的地形地勢下，RTK設站一次即可測完5km半徑的測區，大大減少了傳統測量所需的控制點數量和測量儀器的“搬站”次數。僅需一人操作，幾秒鐘即得一點坐標，作業速度快，勞動強度低，節省了外業費用，提高了勞動效率。

2.2 定位精度高，數據安全可靠，沒有誤差積累。

只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業半徑范圍內（一般為5KM），RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。

2.3 降低了作業條件要求。

RTK技術不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視”，因此，和傳統測量相比，RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制較小。在傳統測量看來由于地形復雜、地物障礙而造成的難通視地區，只要滿足RTK的基本工作條件，它也能輕松地進行快速的高精度定位作業。

2.4 作業自動化、集成化程度高，測繪功能強大。

RTK可勝任各種測繪內、外業。流動站利用內裝式軟件控制系統，無需人工干預便可自動實現多種測繪功能，使輔助測量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業精度。

2.5 操作簡便，容易使用，數據處理能力強。

只要在設站時進行簡單的設置，就可以邊走邊獲得測量結果坐標或進行坐標放樣。數據輸入、存儲、處理、轉換和輸出能力強，能方便快捷地與計算機、其他測量儀器通信。

3 GPS RTK技術在渭洛河淤積測驗的實際應用

為給黃河三門峽水庫的優化調度、黃河中下游的防汛決策及黃河流域調水調沙、水資源統一管理以及三門峽庫區渭洛河治理提供科學依據并為多泥沙河流的研究治理提供原型觀測資料，黃河三門峽水庫建成前后，共在渭洛河布設淤積斷面74條。50年來一直沿用傳統的經緯儀、水準儀、全站儀等方法進行施測，施測手段落后，工作效率較低。

為了提高渭洛河淤積測驗外業工作效率，通過對比試驗探討以GPS-RTK技術代替傳統測量儀器進行渭河淤積斷面測驗傳統方法的可行性，進一步探索推廣GPS定位技術在江河水庫淤積測驗中的應用。2008年10月10日～20日，由陜西水環境勘測設計研究院測繪總隊在渭河渭淤16（二）斷面、渭淤17斷面和渭淤1+1（一）、渭淤 1、渭攔 10、9、7、5、4 斷面兩個區段進行了GPSRTK定位技術在渭河淤積測驗中的實際應用對比測試。

3.1 測試儀器

基準站采用美國天寶GPS 5700,流動站采用美國天寶GPSR6，GPS儀器標稱精度平面精度為10mm+1ppm；高程精度為20mm+1ppm；地形測量采用瑞士徠卡TCR802全站儀，測角精度2"，測距精度2mm+2ppm；五等水準測量采用徠卡NA2水準儀，每公里往返測中誤差≤0.7mm。

3.2 選取精度高、可靠性高的測區基本控制點作為GPSRTK測量的工作基準。

利用2004年布設的D級GPS分渭淤16（二）—渭淤17段、渭淤1+1—渭攔4兩個區段求解轉換7參數。利用的已知校正點分別為：D083、D086、D088、D091；D163、D166、D172、D175、D178、D182校正結果滿足測量規范要求，校正總結見下表：

3.3 GPSRTK定位精度實驗

選取一個GPSRTK測量基準網點，架設基準站，流動站實測了D級GPS點5個、9個斷面的水邊高程和72個斷面地形點。

3.4 GPSRTK精度評定

（1）RTK測量結果與靜態測量的5個D級GPS點比較平面最大差值為-0.021m，高程最大差值為-0.011m，可以認為RTK成果精度達到了厘米級。具體校核精度見下表。

（2）GPSRTK與全站儀測量相同地形點、樁志校核點共72個，其中起點距相差最大值為0.742m,高程相差最大值為0.130m，滿足《淤積測驗規范》規定起點距不超過3m，高程不超過0.2m的規定。

（3）GPSRTK與五等水準測量斷面水邊高程對比：RTK共實測9條斷面水邊高程，與水準測量水邊高程最大差值為0.096m，滿足《淤積測驗規范》規定的與水準測量的水邊高程差值不超過0.2m的規定。詳見下表3。

表1 校正后果總結表

表1 校核精度表

4 結論

GPSRTK在渭河淤積測驗的試驗應用，與傳統的測量儀器的測量相比，它有著省時省工且精度高等特點，也減少斷面樁志的埋設數量和頻率，能極大的提高淤積測繪工作的經濟效益。GPSRTK基本可代替全站儀等傳統儀器進行渭洛河淤積斷面測驗，但其應用時還是有一定的限制。

4.1 作業時間問題。

表3 高程差值表

白天中午，受電離層干擾大，共用衛星數少，常接受不到5顆衛星，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進行測量。在同樣的條件和同樣的地點上進行RTK測量，上午11：00點之前和下午14：30之后，RTK測量結果準而快。作業時一定要注意時間段的選擇。

4.2 作業半徑小的問題。

RTK數據鏈傳輸易受到障礙物，如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾及儀器電子元件老化的影響，在傳輸過程中衰減嚴重，影響外業精度和作業半徑。在本次試驗中，GPS作業半徑在3～5km范圍內，基準站施測一條斷面就要搬站，作業效率大受影響。解決辦法是加大電臺的功率和提高電臺天線的高度，達到設置一次基準站，施測3-5個斷面的目的，條件成熟時在渭洛河流域建設CASS系統，徹底解決此問題。

4.3 質量控制問題。

由于RTK較容易受衛星狀況、天氣狀況、數據鏈傳輸狀況的影響，測量的精度和穩定性都不及全站儀，特別是穩定性方面。RTK測量容易出錯，必須進行質量控制。質量控制的方法主要有：

（1）已知點檢核比較法。即在布測控制網時用靜態GPS多測出一些控制點，然后用RTK測出這些控制點的坐標進行比較檢核。發現問題采取措施改正。

（2）重測比較法。每次初始化成功后，先重測1個～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。陜西水利