GPS RTK技術(shù)在渭洛河淤積測驗(yàn)中的應(yīng)用研究

◎劉迎新

1 GPS RTK測量原理

GPS RTK技術(shù)的工作原理是：基準(zhǔn)站以及移動(dòng)站同時(shí)接收四顆以上的相同衛(wèi)星（初始化則要求五顆）進(jìn)行載波相位觀測。設(shè)置在坐標(biāo)精確的已知點(diǎn)上的基準(zhǔn)站，在跟蹤載波相位測量的同時(shí)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；移動(dòng)站在各待定點(diǎn)上依次設(shè)站觀測，在接收GPS信號(hào)進(jìn)行載波相位觀測的同時(shí)通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的載波相位差分及相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)解算WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)，并根據(jù)控制器上設(shè)置的轉(zhuǎn)換參數(shù)以及投影方法實(shí)時(shí)計(jì)算出移動(dòng)站的坐標(biāo)和高程。

2 GPS RTK技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

2.1 作業(yè)效率高。在一般的地形地勢下，RTK設(shè)站一次即可測完5km半徑的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測量儀器的“搬站”次數(shù)。僅需一人操作，幾秒鐘即得一點(diǎn)坐標(biāo)，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了勞動(dòng)效率。

2.2 定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累。

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5KM），RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級(jí)。

2.3 降低了作業(yè)條件要求。

RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波通視”，因此，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，它也能輕松地進(jìn)行快速的高精度定位作業(yè)。

2.4 作業(yè)自動(dòng)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(dòng)站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測繪功能，使輔助測量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。

2.5 操作簡便，容易使用，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。

只要在設(shè)站時(shí)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。數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，能方便快捷地與計(jì)算機(jī)、其他測量儀器通信。

3 GPS RTK技術(shù)在渭洛河淤積測驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用

為給黃河三門峽水庫的優(yōu)化調(diào)度、黃河中下游的防汛決策及黃河流域調(diào)水調(diào)沙、水資源統(tǒng)一管理以及三門峽庫區(qū)渭洛河治理提供科學(xué)依據(jù)并為多泥沙河流的研究治理提供原型觀測資料，黃河三門峽水庫建成前后，共在渭洛河布設(shè)淤積斷面74條。50年來一直沿用傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀等方法進(jìn)行施測，施測手段落后，工作效率較低。

為了提高渭洛河淤積測驗(yàn)外業(yè)工作效率，通過對(duì)比試驗(yàn)探討以GPS-RTK技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)測量儀器進(jìn)行渭河淤積斷面測驗(yàn)傳統(tǒng)方法的可行性，進(jìn)一步探索推廣GPS定位技術(shù)在江河水庫淤積測驗(yàn)中的應(yīng)用。2008年10月10日～20日，由陜西水環(huán)境勘測設(shè)計(jì)研究院測繪總隊(duì)在渭河渭淤16（二）斷面、渭淤17斷面和渭淤1+1（一）、渭淤 1、渭攔 10、9、7、5、4 斷面兩個(gè)區(qū)段進(jìn)行了GPSRTK定位技術(shù)在渭河淤積測驗(yàn)中的實(shí)際應(yīng)用對(duì)比測試。

3.1 測試儀器

基準(zhǔn)站采用美國天寶GPS 5700,流動(dòng)站采用美國天寶GPSR6，GPS儀器標(biāo)稱精度平面精度為10mm+1ppm；高程精度為20mm+1ppm；地形測量采用瑞士徠卡TCR802全站儀，測角精度2"，測距精度2mm+2ppm；五等水準(zhǔn)測量采用徠卡NA2水準(zhǔn)儀，每公里往返測中誤差≤0.7mm。

3.2 選取精度高、可靠性高的測區(qū)基本控制點(diǎn)作為GPSRTK測量的工作基準(zhǔn)。

利用2004年布設(shè)的D級(jí)GPS分渭淤16（二）—渭淤17段、渭淤1+1—渭攔4兩個(gè)區(qū)段求解轉(zhuǎn)換7參數(shù)。利用的已知校正點(diǎn)分別為：D083、D086、D088、D091；D163、D166、D172、D175、D178、D182校正結(jié)果滿足測量規(guī)范要求，校正總結(jié)見下表：

3.3 GPSRTK定位精度實(shí)驗(yàn)

選取一個(gè)GPSRTK測量基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)，架設(shè)基準(zhǔn)站，流動(dòng)站實(shí)測了D級(jí)GPS點(diǎn)5個(gè)、9個(gè)斷面的水邊高程和72個(gè)斷面地形點(diǎn)。

3.4 GPSRTK精度評(píng)定

（1）RTK測量結(jié)果與靜態(tài)測量的5個(gè)D級(jí)GPS點(diǎn)比較平面最大差值為-0.021m，高程最大差值為-0.011m，可以認(rèn)為RTK成果精度達(dá)到了厘米級(jí)。具體校核精度見下表。

（2）GPSRTK與全站儀測量相同地形點(diǎn)、樁志校核點(diǎn)共72個(gè)，其中起點(diǎn)距相差最大值為0.742m,高程相差最大值為0.130m，滿足《淤積測驗(yàn)規(guī)范》規(guī)定起點(diǎn)距不超過3m，高程不超過0.2m的規(guī)定。

（3）GPSRTK與五等水準(zhǔn)測量斷面水邊高程對(duì)比：RTK共實(shí)測9條斷面水邊高程，與水準(zhǔn)測量水邊高程最大差值為0.096m，滿足《淤積測驗(yàn)規(guī)范》規(guī)定的與水準(zhǔn)測量的水邊高程差值不超過0.2m的規(guī)定。詳見下表3。

表1 校正后果總結(jié)表

表1 校核精度表

4 結(jié)論

GPSRTK在渭河淤積測驗(yàn)的試驗(yàn)應(yīng)用，與傳統(tǒng)的測量儀器的測量相比，它有著省時(shí)省工且精度高等特點(diǎn)，也減少斷面樁志的埋設(shè)數(shù)量和頻率，能極大的提高淤積測繪工作的經(jīng)濟(jì)效益。GPSRTK基本可代替全站儀等傳統(tǒng)儀器進(jìn)行渭洛河淤積斷面測驗(yàn)，但其應(yīng)用時(shí)還是有一定的限制。

4.1 作業(yè)時(shí)間問題。

表3 高程差值表

白天中午，受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，常接受不到5顆衛(wèi)星，因而初始化時(shí)間長甚至不能初始化，也就無法進(jìn)行測量。在同樣的條件和同樣的地點(diǎn)上進(jìn)行RTK測量，上午11：00點(diǎn)之前和下午14：30之后，RTK測量結(jié)果準(zhǔn)而快。作業(yè)時(shí)一定要注意時(shí)間段的選擇。

4.2 作業(yè)半徑小的問題。

RTK數(shù)據(jù)鏈傳輸易受到障礙物，如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號(hào)源的干擾及儀器電子元件老化的影響，在傳輸過程中衰減嚴(yán)重，影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑。在本次試驗(yàn)中，GPS作業(yè)半徑在3～5km范圍內(nèi)，基準(zhǔn)站施測一條斷面就要搬站，作業(yè)效率大受影響。解決辦法是加大電臺(tái)的功率和提高電臺(tái)天線的高度，達(dá)到設(shè)置一次基準(zhǔn)站，施測3-5個(gè)斷面的目的，條件成熟時(shí)在渭洛河流域建設(shè)CASS系統(tǒng)，徹底解決此問題。

4.3 質(zhì)量控制問題。

由于RTK較容易受衛(wèi)星狀況、天氣狀況、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況的影響，測量的精度和穩(wěn)定性都不及全站儀，特別是穩(wěn)定性方面。RTK測量容易出錯(cuò)，必須進(jìn)行質(zhì)量控制。質(zhì)量控制的方法主要有：

（1）已知點(diǎn)檢核比較法。即在布測控制網(wǎng)時(shí)用靜態(tài)GPS多測出一些控制點(diǎn)，然后用RTK測出這些控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比較檢核。發(fā)現(xiàn)問題采取措施改正。

（2）重測比較法。每次初始化成功后，先重測1個(gè)～2個(gè)已測過的RTK點(diǎn)或高精度控制點(diǎn)，確認(rèn)無誤后才進(jìn)行RTK測量。陜西水利