淺談GPS—RTK在水利工程控制測量中的應(yīng)用

摘 要本文對GPS RTK工作原理及RTK作業(yè)的優(yōu)點并且通過應(yīng)用實例，闡述其GPS—RTK在水利工程控制測量中的應(yīng)用，以推進GPS RTK技術(shù)在水利工程中更大的社會效益和經(jīng)濟效益。使其GPS RTK應(yīng)用到其它更多領(lǐng)域，為社會帶來更大的效益。

關(guān)鍵詞GPS RTK;外業(yè)校正;內(nèi)業(yè)校正;精度分析

中圖分類號TV221文獻標(biāo)識碼A文章編號1673-9671-(2009)121-0038-01

近年來隨著全球定位系統(tǒng)GPS RTK的不斷發(fā)展和完善，因其“高精度、高效益、高可靠性、高自動化”的優(yōu)勢，在水利工程中得以廣泛應(yīng)用，這使得利用GPS RTK技術(shù)進行項目施測前的平面和高程控制成為可能。本文以東淝河河道整治應(yīng)急工程為實例，介紹利用GPS RTK技術(shù)進行平面和高程控制。在介紹GPS RTK工作原理上，結(jié)合本次工程的應(yīng)用對RTK的優(yōu)點和提高精度的措施進行了一定的探討，提出一些有實用價值的經(jīng)驗和建議，以發(fā)揮GPS RTK技術(shù)在水利工程中更大的社會效益和經(jīng)濟效益。

1GPS-RTK工作原理

RTK (Real Time Kinematic)差分定位技術(shù)是一種高效的定位技術(shù)，是當(dāng)今GPS應(yīng)用的一個新技術(shù)，RTK技術(shù)是采用載波相位、雙差分模型進行流動站的實時動態(tài)定位技術(shù)，RTK測量原理是將一臺GPS接收機安裝在已知點上對GPS衛(wèi)星進行觀測，將采集的載波相位觀測量調(diào)制到基準(zhǔn)站電臺的載波上，再通過基準(zhǔn)站電臺發(fā)射出去;流動站在對GPS衛(wèi)星進行觀測并采集載波相應(yīng)觀測量的同時，也通過流動站電臺接收由基準(zhǔn)站電臺發(fā)射的信號，經(jīng)解調(diào)得到基準(zhǔn)站的載波相位觀測量;流動站的GPS接收機再利用OTF(運動中求解整周模糊度)技術(shù)由基準(zhǔn)站的載波相位觀測量和流動站的載波相位觀測量來求解整周模糊度，最后求出厘米級精度流動站的位置。這種測量方法的關(guān)鍵是求解起始的整周模糊度即初始化，并能始終保持。因此RTK測量除要求有足夠數(shù)量的衛(wèi)星(一般至少5顆才能達到地籍測量精度)和衛(wèi)星具有較好的幾何分布外(PDOP值應(yīng)小于8)，還要求基準(zhǔn)站與流動站間的數(shù)據(jù)通訊必須良好，即“微波通視”。其原理主要是:在進行動態(tài)測量時，基準(zhǔn)站將已知的WGS-84坐標(biāo)和觀測數(shù)據(jù)實時地用電臺傳輸給流動站，在流動站實時進行差分處理，得到基準(zhǔn)站和流動站的三維坐標(biāo)差，坐標(biāo)差再加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到流動站每個點的WGS-84坐標(biāo)，最后通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求出流動站每個點的在相應(yīng)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。

2RTK作業(yè)的優(yōu)點

1)測量精度高，可實時提供點位坐標(biāo)及點位精度。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)，能在現(xiàn)場求解出流動點的坐標(biāo)，得到理想的點位精度。

2)野外作業(yè)比較簡單，作業(yè)效率高。選點靈活、無需造標(biāo)、費用低，GPS靜態(tài)測量不要求測站間相互通視，不需建造站標(biāo)，作業(yè)成本低，大大降低了布網(wǎng)費用。提高了工作效率和作業(yè)速度。

3)作業(yè)受時間、氣候等條件的影響較小，系統(tǒng)可全天候作業(yè)，降低了作業(yè)條件要求，有利于按時、高效地完成控制網(wǎng)的布設(shè)和實測工作，利用RTK技術(shù)顯得更為簡便、快速。

4)作業(yè)自動化程度高，測繪功能強大。觀測、處理自動化，采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)，觀測過程和數(shù)據(jù)處理過程都是高度自動化的，這就避免了人員計算的誤差，相應(yīng)的提高了測量精度。

3舉例應(yīng)用實例

1)測區(qū)簡單概況

東淝河位于淮南市與壽縣交界處，為瓦埠湖唯一入淮通道。本次河道整治應(yīng)急處理工程全長13.8KM，工程內(nèi)容包括河道1:2000帶狀地形圖、堤防加固、護坡護岸和有影響的穿堤建筑物處理。為滿足施工放樣需要，測區(qū)內(nèi)需布設(shè)3~4組固定點，固定點的平面和高程精度要分別達到二級和四等水準(zhǔn)的要求，工期為15天。測區(qū)內(nèi)原有控制點WV05、WV06 、WV07及WV08，由于年代久遠及堤防變動，多已破壞，只有東津渡大橋WV05點保存完好，尚可利用。如果采取常規(guī)測量手段或利用靜態(tài)GPS做首級控制，費時費力，很難及時提交測量成果。現(xiàn)以相鄰地區(qū)壽西湖行洪區(qū)調(diào)整工程GPS控制網(wǎng)中的D級GPS點SX01~ SX20為首級控制點，嘗試?yán)肎PS-RTK技術(shù)對測區(qū)進行平面和高程控制。

2)RTK點校正

RTK點校正分為外業(yè)點校正和內(nèi)業(yè)點校正。

外業(yè)點校正適用于:只有已知點平面坐標(biāo)而沒有WGS84坐標(biāo)，作業(yè)時任意架設(shè)基準(zhǔn)站，外業(yè)采集所有需要校正的點坐標(biāo)，然后進行校正。這種校正方法有一定的缺點，其一，需要校正的點有時難以找到;其二，受RTK作業(yè)距離的限制，當(dāng)點分布較遠時RTK很難收到基準(zhǔn)站信號且精度較差，難以達到理想的校正效果，其三，由于每個點都要實地采集，用于交通上的時間大大增加。這種校正方法只適用于每個工程RTK第一次使用。

內(nèi)業(yè)點校正適用于:既有已知點的平面坐標(biāo)又有已知點的WGS84坐標(biāo)。作業(yè)開始前，在RTK手簿內(nèi)分別輸入每個校正點的平面坐標(biāo)和WGS84坐標(biāo)，求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。作業(yè)時基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點上，任意采集其它若干已知點，以便做為平面和高程檢查。在隨后的RTK使用中只要架設(shè)已知點并確保已知點無誤即可。

4結(jié)束語

1)只要RTK點校正的圖形結(jié)構(gòu)合理，能覆蓋整個測區(qū)，施測方法得當(dāng)，RTK技術(shù)完全可以應(yīng)用于非水利樞紐工程測量中平面和高程的控制。

2)RTK具有定位精度高;可以達到厘米級精度;誤差不累計;不受天氣、地形、通視等條件的限制;觀測時間短并可實時提供3維坐標(biāo)操作簡單方便等特點。應(yīng)用于水電工程測量可大大提高工作效率和減輕勞動強度，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

3)隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，以及配套儀器、軟件的不斷發(fā)展，RTK技術(shù)將具有更廣闊的前景，也會被應(yīng)用到其它更多領(lǐng)域，為社會帶來更大的效益。

參考文獻

[1] 周忠謨，易杰軍，周琪.GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用[M].北京:北京測繪出版社，2002.

[2] 許其鳳. GPS衛(wèi)星導(dǎo)航與精密定位[M].北京:解放軍出版社，1994.

作者簡介:

尹成寶，男，安徽靈璧人，工程師，現(xiàn)從事GPS和工程測量方面的生產(chǎn)實踐工作。