GPS-RTK技術及其在水利工程測量中的應用問題研究

莫家玉

（寧夏農(nóng)墾勘測設計院〈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、水準儀等儀器設備來建立測角網(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，借助儀器用極坐標法實地測定地形、地物點及放樣點的邊角關系，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)的測量方法具有費時費工、精度不均勻的缺點。隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）技術的不斷發(fā)展，實時動態(tài)測量——RTK（Real Time Kinematic）測量技術也日益成熟，因其具有精度高、實時性和高效性，目前在測繪領域有著廣泛的應用。

1 RTK技術的基本原理及特點

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

（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，作業(yè)速度快，勞動強度低，節(jié)省了外業(yè)費用，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到厘米級。

（3）降低了作業(yè)條件要求。RTK技術不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足 “磁波通視”，因而和傳統(tǒng)測量相比，RTK技術受通視條件、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。只要在設站時進行簡單的設置，就可以邊走邊獲得測量結(jié)果坐標或進行坐標放樣，其數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理和輸出能力強，能方便快捷地與計算機通信連接。

2 GPS-RTK測量技術在水利測量中的應用

2.1 RTK測量技術在水利工程測量中優(yōu)勢

（1）不用布設各級的控制點，而只需一定數(shù)量的測量基準控制點。

（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。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)果的準確性。

（3）RTK技術可利用專業(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)成果進行工程的施工放樣。

2.2 GPS測量技術在水利工程測量中的應用

GPS的應用可實現(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的定位技術保證水利工程的施工是依據(jù)設計圖紙進行的，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測量的技術對水利工程進行測量觀測的時間短，也就是在采用GPS技術對水利工程進行測量觀測時，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)的定位方法進行，可以縮短觀測時間。GPS測量技術可操作性強，就是使用GPS技術對水利工程進行測量的流程簡便，測量技術自動化程度高。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測量中影響最嚴重的誤差。

（2）同距離有關的誤差。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移動站離基準站距離較遠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?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技術在水利工程測量中的應用越來越頻繁，逐漸暴露出該項技術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主要就是從GPS技術的本身入手。由于GPS技術的衛(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)生了變化導致了誤差的產(chǎn)生，因此對于它的解決方法只要進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定位技術測量的誤差也就是出現(xiàn)了多路徑效應誤差，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，而盡量的遠離雷達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，對這些坐標點進行比較檢核之后，測量的誤差進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，重新進行RTK點的測量，然后進行比較發(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。因此，對于GPS-RTK在水利工程測量中的應用方法進行研究分析能夠提高水利工程的測量的準確性使該方法得以廣泛應用。

［1］許婭婭.GPS-RTK 的發(fā)展及其在公路測量中的應用[J].測繪通報，2007（2）：18-20.

［2］謝世杰，奚有根.RTK 的特點與誤差分析[J].測繪工程，2002（2）：34-37.

［3］尹景偉.淺談GPS RTK技術在水利工程測量中的應用[J].江蘇水利，2007（11）．

［4］張冠華.論水利水電工程中GPSRTK測量技術應用[J].廣東科技，2009（10）．