水利工程測繪中GPS—RTK技術的應用研究

梁永歡

摘要：隨著科技的進步，我國國民經濟的發展，這就對勘測工作提出了更高的要求。本文簡要說明GPS-RTK技術原理與構成的基礎上，介紹該技術在水利測繪領域中的應用，并結合實例總結其使用過程中的優缺點。因地制宜，在水利工程建設和管理工作中，如何更好地發揮新技術的作用，是每個測繪工作者努力的方向。

關鍵詞：GPS-RTK；水利工程；測繪技術應用；精度；應對措施

1 GPS-RTK技術的由來

GPS是Global Positioning System（全球定位系統）的簡稱，它是由美國陸海空三軍在20世紀70年代聯合研制的新一代空間衛星導航定位系統。應用GPS（全球定位系統）實施動態定位技術，即RTK（Real Time Kinematic）技術。常規的GPS測量方法，如：靜態、快速靜態、動態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應用的重大里程碑，它的出現極大地提高了工程放樣、地形測圖，各種控制測量的外業作業效率。

2 GPS-RTK技術的優勢

1）利用GPS（RTK）技術進行水利工程測量，可以提供快速和高精度的實時三維坐標數據，受約束少，節省大量測量時問，實現了效率化、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揮應有作用，為我國的經濟發展做貢獻。

3）GPS技術與全站儀等儀器可以聯合作業，發揮各自優勢，更快更好地做好水利工程前期測繪工作。

3 GPS-RTK技術遠景

GPS在水利工程中的應用，對水利工程勘測手段和作業方法產生了革命性的變革，極大地提高了測量精度與測量效率，特別是實時動態（RTK）定位技術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揮不可或缺的作用。

4 GPS-RTK技術原理與構成

RTK實時動態定位技術，是一項以載波相位觀測為基礎的實時差分GPS測量技術，是利用兩臺或兩臺以上GPS接收機同時接收衛星信號，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作業模式下，基站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給移動站。移動站不僅通過數據鏈接收來自基站的數據，還要采集GPS觀測數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理，同時給出毫米級的定位結果。移動站可在靜態或者動態環境下完成周模糊度的搜索求解。在整周未知數解固定后，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果。RTK測量系統主要由三部分構成：GPS接收設備、數據傳輸系統和軟件系統。

5測繪新技術在水利工程中的應用

GPS-RTK技術具有定位精度高，實時定位速度快，提供三維坐標，操作簡便，全天候作業及全球地面連續覆蓋等特點，在現代化水利測繪方面得到廣泛應用。在測量工程中，常規的導線測量的控制方式慢慢被淘汰，利用RTK技術控制網測量和部分碎部測量得到應用。其基本優點為首先是高精度，其次觀測時間短，應用RTK測量時，當每個流動站與基準站相距在15 km以內時，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網中的坐標轉換參數一起上傳到GPS流動站中，然后根據所放點標識進行實地放樣。進行線路放樣時首先在室內根據線路中心線的彎道元素編制線路中心線文件，將該文件和坐標轉換參數上傳到GPS流動站接收機，在實地依樁號和所放點與中心線的關系進行現場放樣。GPS測量資料與水準測量資料相結合來確定區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，分布比較均勻。利用高精度GPS定位技術精密確定觀測點的大地高程差，并根據建立的適當大地水準面數學模型，內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技術進行縱、橫斷面測量，形數據點的采集工作，大大提高了作業質量和生產效率。

6 GPS-RTK技術應用實例

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，整個測區視野開闊，河道水面最寬約250 m。本工程測量采用

GPS-RTK技術作業，使用Trimble 5？700 GPS系統，應用其電子手簿TSC1進行數據處理。

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，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的項目拷貝出來，這樣可以免去輸人與轉換的麻煩。拷貝坐標系統成功后對工程項目的系統單位、系統時間，日期分別進行配置。

設置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置好基準站。

設置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，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內進行聲速測定，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作業數據，使測深儀數據與GPS同步自動記錄。

5）內業處理。外業工作結束后，利用計算機對外業數據進行分析及整理，并通過數字化成圖軟件成圖輸入。測量過程中由于使用了RTK技術，無須進行復雜的觀測和內插。

7結束語

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

參考文獻：

[1]李紀人，等.GPS技術水利應用指南[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計研究院）