GPS-RTK技術(shù)及其在水利工程測量中的應(yīng)用問題研究

莫家玉

（寧夏農(nóng)墾勘測設(shè)計院〈有限公司〉，寧夏 銀川 750002）

0 引言

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

1 RTK技術(shù)的基本原理及特點

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

（1）作業(yè)效率高。流動站僅需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點坐標(biāo)，作業(yè)速度快，勞動強(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。

（3）降低了作業(yè)條件要求。RTK技術(shù)不要求兩點間滿足光學(xué)通視，只要求滿足 “磁波通視”，因而和傳統(tǒng)測量相比，RTK技術(shù)受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測量看來由于地形復(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)自動化、集成化程度高，測繪功能強(qiáng)大，RTK可勝任各種測繪內(nèi)、外業(yè)。流動站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)可實現(xiàn)多種測繪功能，使輔助測繪工作極大減少，同時也減少了人為誤差，保證了作業(yè)精度。

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

2 GPS-RTK測量技術(shù)在水利測量中的應(yīng)用

2.1 RTK測量技術(shù)在水利工程測量中優(yōu)勢

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

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

（3）RTK技術(shù)可利用專業(yè)的測圖軟件，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測量技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用

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

3 影響RTK測量的常規(guī)誤差源

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

（3）人為因素的影響誤差。在本次測量中主要表現(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)過程中對中桿傾斜和非固定解采集數(shù)據(jù)的影響，在對中桿傾斜狀態(tài)下就記錄數(shù)據(jù)或精度因子較大時非固定解狀態(tài)下就采集數(shù)據(jù)；③數(shù)據(jù)采集時天線高輸入錯誤；④移動站離基準(zhǔn)站距離較遠(yuǎn)或存在障礙物而使數(shù)據(jù)精度降低，校正點點位誤差的累積的影響，在渠道測量中時有體現(xiàn)。

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

4 誤差控制以及提高RTK測量質(zhì)量的方法

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

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)了一定的錯誤，這種錯誤對于水利工程測量來說，它的影響以及測量數(shù)據(jù)的差異還是比較小的。在測量中可以基本上忽略不計。從RTK技術(shù)來看這是由于測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，因此對于它的解決方法只要進(jìn)行天線檢驗校正即可。

信號傳播誤差控制。GPS信號的傳播有關(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量過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，對于在使用RTK定位技術(shù)測量的誤差也就是出現(xiàn)了多路徑效應(yīng)誤差，以及其他信號干擾誤差時，它的解決方法是在測量中做好環(huán)境的檢測，而盡量的遠(yuǎn)離雷達(dá)站以及無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測量質(zhì)量的方法

已知點檢核比較法。這種用來提高RTK測量質(zhì)量方法是目前最常見的方法，它主要是利用RTK測出的控制點的坐標(biāo)，對這些坐標(biāo)點進(jìn)行比較檢核之后，測量的誤差進(jìn)而對其解決和糾正重測比較法。重測比較法就是重新測量進(jìn)行比較。具體來說就是對已經(jīng)測過的幾個RTK的點，以及水利工程測量中的確定沒有問題的高精度控制點，重新進(jìn)行RTK點的測量，然后進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)問題最后解決問題。另外還有類似于電臺的變頻實時檢測法等等。

5 結(jié)束語

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

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