GPSRTK 定位系统在水利工程测量工作中的应用

关键词：gps rtk 定位系统；控制测量；地形测量, 断面测量 

rtk（real time kinematic）技术又称载波相位动态实时差分技术，是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的技术。它能够实时地提供测量点在指定坐标系中的三维坐标，并达到㎝级精度要求。rtk测量系统一般由以下三部分组成：（1）gps接收设备。（2）数据传输设备：即数据链，是实现实时动态测量的关键性设备。（3）软件解算系统：对于保障实时动态测量结果的精确性与可靠性，具有决定性作用。rtk定位技术的作业原理是将基准站采集的gps卫星载波相位观测量通过调制解调器进行编码和调试，经电台数据链发射出去。而移动站在对gps卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时，也接收来自基准站的电台信号。移动站通过解调得到基准站的载波相位观测量，再利用otf技术对由基准站和移动站采集的载波相位观测量所确定的差分改正数动态求解整周模糊度。在整周未知数解固定后，即对每个历元进行实时处理。只要能保证4颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的卫星几何图形，移动站可根据给定的转换参数进行坐标系 

统的转换，从而实时给出㎝级的定位结果。 

1 gpsrtk 系统的组成与测量特点 

gpsrtk 全球定位系统是由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户还应有卫星接收设备。gps 全球定位系统的测量有以下特点： 

1.1 测站之间无需通视 

测站间相互通视一直是测量学的难题。gpsrtk 这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收gps 卫星信号不受干扰。 

1.2 定位精度高 

一般双频gps 接收机基线解精度为5mm+1×10- 6，而红外仪标称精度为5mm+5×10- 6，gps 测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，gps 测量优越性愈加突出，根据有关资料介绍，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达12×10- 6，而在100～500km的基线上可达10- 6～10- 7。 

1.3 观测时间短 

在采用gps 布设控制网时，每个测站上的观测时间一般在30～40min 之间，观测时间很短；采用快速静态定位方法时，观测时间更短。如使用 topcon gps 接收机的快速静态法可在5 min 以内求得测点坐标。 

1.4 提供三维坐标 

gps 测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确地测定观测站的大地高程。 

1.5 操作简便 

gps 测量的自动化程度很高。目前gps 接收机已趋于小型化和操作“傻瓜”化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标,而其他观测工作如卫星的捕获、跟踪观测等均由仪器自动完成。 

1.6 全天候作业 

gps 观测可在任何地点、任何时间连续地进行，一般不受天气变化的影响。 

2 gpsrtk 系统在水利工程测量中的实践应用 

2.1 控制测量中的应用 

常规控制测量如三角测量、导线测量，通常是先布设控制网点，在国家高等级控制网点的基础上加密次级控制网点，以往是利用全站仪及棱镜等实施，而在这一过程中要求点间必须通视，对于较大的控制网，测边测角工作量非常繁重，有时甚至在人身安全上都有较大危险性，而且外业中不能及时知道测量成果的精度，等内业计算完毕，如有超限问题，返工作业让测量人员非常头疼，而gps 静态相对定位系统测量时，无需点间通视，就能高精度地进行测定，还可以高精度快速地测定各等级控制点的坐标，但是gps 静态相对定位系统只需要时间进行数据处理，而不能实时定位并知道定位精度，内业处理后，如果发现精度不符合要求，也必须返工测量，随着rtk 技术的出现，控制测量既能实时知道定位结果，又能实时知道定位精度，这样大大提高了作业效率。 

2.2 gpsrtk 在地形测图中的应用 

2.2.1定位精度和可靠性检查 

在系统设置及初始化完成进行测量之前,要进行必要的测量检核,以便确保基站设置正确,测量数据可靠。常用的检核方法有几个方面:1) 用已知点检核比较,即用rtk测量一些控制点的坐标,把它与已知坐标进行比较检核,发现问题及时采取措施改正。经过实践表明,这种方法比较可靠。2) 重测比较,设置完成后先测几个固定点坐标,如果测区已有rtk 点, 即重测已有rtk点坐标进行比较;如果没有,可重新设置仪器,重测刚才测过的rtk点进行比较,同时可用全站仪测量各测点间的距离和高差,用距离反算和高差较差来检核成果的精度。 

2.2.2图根控制测量 

在建筑密集、遮挡严重等利用常规测量手段难于敷设图根控制网的城市、山地、林区等作业地区，可用gps 选择地势相对开阔，信号较强的地区布设gps图根点,以便用全站仪进行测图。考虑测图及检核的需要,一般选择能够通视的3 个图根点为1 个点组进行测量,测量时,利用对中杆将流动站天线安置在图根点上,并用对中杆支架稳定整平对中杆上的气泡，打开主机电源及手簿开关,待出现fix 解时记录观测结果，外业观测结束后,把观测结果传入计算机编辑成图根控制点成果表。 

2.2.3碎部点测量 

对碎部点的测量,手持安置流动站天线的对中杆在碎部点上即可。rtk在空旷的地方采集速度较快,一般几秒钟内可达到固定解,完成1 个点的采集工作,用rtk直接测量地形特征点,由于rtk采集的数据转入数字成图软件后,所有的测量点均为高程点,所以采集时要一边画草图,按碎部点序号记录。到内业时,先把观测数据文件转换成成图系统需要的数据格式文件,然后,在数字成图系统中依据展绘的点位,用相应的线型或符号绘对地物点的采集,根据数字成图系统的特点,在一定范围内最好按地物分类测量，比如测一条水渠,先按顺序把它测完整后再测另一种地物,这样便于画草图、记顺序号,内业编辑也更方便。对于一些圆形地物,如电信杆等,可沿线路走向,把rtk天线分别紧贴电杆前后,采集两点坐标或量取偏心距,内业时把两点连线再取中点或利用偏心距改正即可得到电杆的实际位置。用rtk直接测量地物及地形点,在开阔地有很大的优势,但在另外一些地方也有它的局限性，对建筑物无法直接测量屋角坐标,在地形起伏高差较大的山区或树木较密的林区, gps 卫星信号被阻挡机会较多,rtk数据链传输也受到极大的干扰,这样要等较长的时间才能达到固定解,严重影响作业精度和速度，对这些地区,一般用rtk在稍开阔的地方测一些点作为图根点,再用全站仪采集碎部点坐标,这样可以提高成图速度。 

2.3 rtk 在纵横断面测量中的应用 

水利工程勘测阶段需要测设大量纵、横断面 ，按照常规测量方法，如果用刚尺配合经纬仪，测量一个断面至少需要4组人员施测，即一个观测组（后点），一个选点组（前点），一个钢尺组由经纬仪指导完成断面中间点桩号的测定，然后还得上一个水准组测定中间点高程，对测线较长、精度要求高的断面测量，有时还得上等级水准进行高程控制，作业效率十分低下，1993年7－10月，我市黑河西总干渠下段勘测，成立了一个由24人组成的勘测组，用了115天才完成了全线56公里渠线的勘测外业工作。用全站仪进行断面测量，虽然作业效率有很大提高，但受通视条件限制，尤其是在山区测量也还有很大的局限性，现在用rtk进行断面测量，只需要一个人守基站，另外一个人由设计人员配合，用流动站连选点带中间点测量，带端点控制一次性就过了，省时省力，极大地降低了测量人员的劳动强度，而且精度有保障，作业效率高，在肃南县九条岭梯级水电站勘测中，四级水电站沿西营河自上而下线性布置，总长度26公里，我院五名测量人员用20天就完成全部外业工作。 

3 结语 

gps 作业有着极高的精度，它的作业不受环境和距离及通视条件限制，而且适合于地形条件较差的地区，gps 测量可极大地提高工作效率，它不受人为因素的影响，整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理，自动平差计算，而且rtk 技术将彻底改变了传统测量模式，能实时地测出所在位置的空间三维坐标，它可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等，同时gps 测量可极大地降低劳动作业强度，提高作业效率，因此，gps 在水利工程测量上具有很大的发展前景。