GPS RTK技術(shù)在水利工程測(cè)繪中的應(yīng)用

【摘 要】GPS RTK技術(shù)原理，結(jié)合水利工程測(cè)繪中的應(yīng)用，對(duì)影響RTK定位精度因素進(jìn)行分析并提出應(yīng)注意的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】GPS RTK；精度；注意問(wèn)題

1. GPS RTK原理

GPS RTK是一種載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分定位測(cè)量系統(tǒng)，由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站和數(shù)據(jù)鏈組成，基準(zhǔn)站連續(xù)跟蹤全部可見GPS衛(wèi)星，流動(dòng)站在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收基準(zhǔn)站發(fā)出的信號(hào)，利用RTK軟件進(jìn)行相位差分處理，實(shí)時(shí)計(jì)算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測(cè)量精度。

由于RTK采用OTF算法，當(dāng)基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同步跟蹤4顆以上衛(wèi)星，在PDOP<6、接收基準(zhǔn)站的信號(hào)好的條件下，利用一個(gè)或數(shù)個(gè)歷元的觀測(cè)資料就可獲得厘米級(jí)的定位成果。

2. 工程概況

通遼市水利勘察設(shè)計(jì)院為響應(yīng)通遼市委、市政府提出的對(duì)西遼河通遼市城區(qū)段哲里木大橋至東外環(huán)路大橋間進(jìn)行河道“綜合治理”，施測(cè)了1:2000地形圖18平方公里。測(cè)區(qū)屬平原區(qū)，主河槽布滿沙柳，河灘多為耕地，有幾處險(xiǎn)工及幾處房屋。此時(shí)正是7月，若用傳統(tǒng)的測(cè)量方法，效率低且浪費(fèi)人力、財(cái)力。經(jīng)過(guò)論證，決定用GPS靜態(tài)定位技術(shù)進(jìn)行首級(jí)控制，然后用RTK技術(shù)做圖根控制進(jìn)行地形測(cè)量。

3. RTK儀器介紹

本次測(cè)量使用3臺(tái)套拓普康公司的Topcon Hiper雙頻GPS接收機(jī)。它將GPS+天線、GPS+接收機(jī)主板、通訊板和鋰電池集成為一體，GD-20個(gè)通用通道，能夠接收和處理最多20個(gè)GPSL1/L2和WAAS信號(hào)。整周模糊度初始化采用OTF（L1，L1/L2）技術(shù)，發(fā)射和接收電臺(tái)是內(nèi)置PDL電臺(tái)，采用UHF通訊，速率為38400b/s，使用標(biāo)準(zhǔn)天線的20W基準(zhǔn)站電臺(tái)，作業(yè)距離可達(dá)20公里左右，靜態(tài)定位精度：平面3mm+1ppm×D；高程5mm+1ppm×D；RTK實(shí)時(shí)定位精度：平面10mm+1.5ppm×D；高程：20mm+1.5ppm×D，F(xiàn)C-2000測(cè)量手簿具有300MIPS超快運(yùn)算速度的Hitachi SH4微處理器162.2MHz。

4. 技術(shù)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)資料收集，找到1個(gè)國(guó)家三等三角點(diǎn)，1個(gè)我院原測(cè)量D級(jí)GPS點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，點(diǎn)位保存完好，可供使用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，在現(xiàn)有堤防及公路附近做永久控制點(diǎn)，并綜合考慮GPS基線向量網(wǎng)，決定以佟德店國(guó)家三等三角點(diǎn)和D級(jí)GPS點(diǎn)V4為基線采用同步方式中的邊連式布設(shè)E級(jí)GPS控制網(wǎng)。該方案的特點(diǎn)是：在觀測(cè)作業(yè)時(shí)，相鄰的同步圖形始終保持有一條邊相連，有較高的圖形強(qiáng)度，以保證控制網(wǎng)的精度。以四等水準(zhǔn)點(diǎn)V4為起始點(diǎn)，聯(lián)測(cè)五等閉合水準(zhǔn)路線。使用RTK進(jìn)行地形圖測(cè)量。

5. 作業(yè)實(shí)施

使用拓普康隨機(jī)靜態(tài)解算軟件進(jìn)行解算，得到的同步環(huán)閉合差、重復(fù)基線較差、最弱邊相對(duì)中誤差、最弱點(diǎn)位中誤差等各項(xiàng)精度指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

作業(yè)過(guò)程中采用的是任意點(diǎn)建站，在采集WGS84坐標(biāo)時(shí)，將RTK記錄模式設(shè)定為自動(dòng)記錄模式，平面精度設(shè)定為±2cm，高程精度設(shè)定為±3cm，超過(guò)此限差的測(cè)量數(shù)據(jù)不得記錄。通過(guò)坐標(biāo)校正求的各點(diǎn)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，小于±2cm。

為保證圖根點(diǎn)及碎部點(diǎn)精度可靠性，在RTK作業(yè)過(guò)程中每次開始測(cè)量開機(jī)之后和結(jié)束測(cè)量關(guān)機(jī)之前均在已知點(diǎn)或基點(diǎn)樁上進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)。作業(yè)期間在9個(gè)點(diǎn)上檢測(cè)了48次。

6. 精度分析

本次測(cè)量實(shí)施，采用GPS RTK方法，其成果精度主要取決于GPS RTK測(cè)量的數(shù)據(jù)質(zhì)量。除了在實(shí)測(cè)過(guò)程中采用高于技術(shù)設(shè)計(jì)要求的精度控制指標(biāo)外，對(duì)GPS RTK測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行了大量的外符合檢查，包括已知點(diǎn)檢查和異站重點(diǎn)檢查。平面及高程檢測(cè)較差統(tǒng)計(jì)具體如表1所示。

由表1數(shù)據(jù)表明，實(shí)測(cè)精度完全可以滿足圖根控制測(cè)量和大比例尺測(cè)圖的精度。

7. 影響精度的因素及應(yīng)注意的問(wèn)題

7.1 應(yīng)用GPS RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其誤差來(lái)源一般可以分為以下幾種類型：

（1）與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差；

（2）信號(hào)傳播過(guò)程中的誤差；

（3）觀測(cè)誤差和地面接收設(shè)備的誤差；

（4）采用軟件的數(shù)學(xué)模型誤差。

7.2 針對(duì)以上誤差來(lái)源，結(jié)合RTK工作的特性，在具體工作中注意以下幾方面的問(wèn)題：

（1）在測(cè)區(qū)開展工作前，可先做一下星歷預(yù)報(bào)分析，盡量挑選衛(wèi)星數(shù)多、衛(wèi)星圖形結(jié)構(gòu)好的時(shí)段進(jìn)行作業(yè)；在電磁波密集的大中型城區(qū)作業(yè)時(shí)，應(yīng)做電臺(tái)信號(hào)傳播實(shí)驗(yàn)，選擇適當(dāng)?shù)念l點(diǎn)以避免RTK電臺(tái)信號(hào)被其它電磁波信號(hào)干擾。

（2）基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)安置在地勢(shì)高、對(duì)天通視條件好的高等級(jí)已知點(diǎn)上，有利于基站衛(wèi)星信號(hào)的接收和電臺(tái)數(shù)據(jù)鏈的發(fā)射。

（3）選用質(zhì)量好的接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件，能夠較好的降低因接收設(shè)備帶來(lái)的誤差，而好的數(shù)據(jù)處理軟件能通過(guò)有效的數(shù)學(xué)模型削弱大部分與衛(wèi)星有關(guān)的誤差和信號(hào)傳播過(guò)程中帶來(lái)的誤差。

（4）多進(jìn)行檢測(cè)，包括已知點(diǎn)檢測(cè)和異站重點(diǎn)檢測(cè)，這是保證RTK數(shù)據(jù)可靠性的有效方式。

（5）求解準(zhǔn)確的地方坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)。GPS RTK測(cè)量是在 WGS-84坐標(biāo)系中進(jìn)行的，而工程實(shí)踐中多是在平面坐標(biāo)系中進(jìn)行的，這就存在坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。條件許可的情況下應(yīng)盡量聯(lián)測(cè)均勻分布于測(cè)區(qū)的平面坐標(biāo)系已知點(diǎn)以求得高精度的測(cè)區(qū)平面坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（6）初始化的問(wèn)題。現(xiàn)在的GPS RTK設(shè)備一般都支持動(dòng)態(tài)初始化，在作業(yè)過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻注意整周模糊度是否處于固定狀態(tài)。對(duì)于cm級(jí)精度要求的RTK作業(yè)，浮動(dòng)解的精度都是不可靠的。

（7）RTK作業(yè)距離的問(wèn)題。目前RTK作業(yè)距離受作業(yè)精度要求和數(shù)據(jù)鏈傳輸距離等因素的影響，在工程中還沒(méi)有一個(gè)明確的界定。根據(jù)不同項(xiàng)目的具體情況，一般控制在約5Km達(dá)到cm級(jí)的精度指標(biāo)是比較可靠的。

8. 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合實(shí)踐的項(xiàng)目可以看出，RTK技術(shù)地形圖測(cè)量中，精度能滿足規(guī)范要求的精度，與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比節(jié)省人力、財(cái)力，作業(yè)效率提高很多。為以后各行業(yè)地形圖測(cè)量選擇儀器設(shè)備、測(cè)量方法提供參考數(shù)據(jù)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 寧津生，陳俊勇等.測(cè)繪學(xué)概論.武漢：武漢大學(xué)出版社，2004.

［2］ 徐紹銓，王澤民等.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用.武漢：武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，1999.