GPS RTK技術(shù)在水利工程測(cè)繪中的應(yīng)用淺析

吳連勇，趙潤(rùn)光

（通遼市水利勘察設(shè)計(jì)院，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

GPS RTK技術(shù)在水利工程測(cè)繪中的應(yīng)用淺析

吳連勇，趙潤(rùn)光

（通遼市水利勘察設(shè)計(jì)院，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

結(jié)合GPS RTK技術(shù)在水利工程測(cè)繪中的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)RTK技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及影響RTK精度的因素進(jìn)行了分析并提出了相應(yīng)措施.

GPS RTK；精度；應(yīng)對(duì)措施

1 GPS RTK技術(shù)原理

GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法來(lái)確定待測(cè)點(diǎn)的位置.常規(guī)的GPS測(cè)量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得高精度的結(jié)果，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率.

高精度的GPS測(cè)量必須采用載波相位觀測(cè)值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度.在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站.流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí)不到1s.流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開(kāi)機(jī)，并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索解.在固定整周未知數(shù)以后(得到固定解)，只要能保持4顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果.

RTK系統(tǒng)可應(yīng)用于測(cè)點(diǎn)定位和測(cè)設(shè)放樣測(cè)量工作，在基準(zhǔn)站和流動(dòng)站協(xié)同工作的情況下，用戶攜帶流動(dòng)站系統(tǒng)，在測(cè)區(qū)往來(lái)行走，對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行采點(diǎn)測(cè)量最適合于在地形測(cè)圖和放樣中應(yīng)用.

測(cè)設(shè)放樣任務(wù)只能在GPS的RTK操作模式下完成.某一物體的放樣包括對(duì)定義該物體所在位置的一點(diǎn)或多點(diǎn)的定位.RTK流動(dòng)站操作員行進(jìn)中則可觀察掌上電腦屏幕來(lái)確定自己的當(dāng)前位置和要尋找的目標(biāo)點(diǎn)位置，系統(tǒng)可給用戶導(dǎo)向到正確位置.這一功能使得RTK成為非常有效的放樣工具.任何物體都可由RTK來(lái)測(cè)設(shè)放樣，如道路、輸電線路、油氣管線、通信光纜及地下管線等等.在大多數(shù)和這類測(cè)量中，RTK系統(tǒng)比傳統(tǒng)全站儀系統(tǒng)的效率要高很多，而且只需單人操作.在“引烏入通引水工程”、“霍林郭勒市霍林河河道整治工程”測(cè)量中，運(yùn)用了GPS RTK技術(shù)，探索了一條進(jìn)行大比例尺施測(cè)帶狀圖的新路子，效果極其顯著，現(xiàn)對(duì)這兩項(xiàng)工程測(cè)量的實(shí)際應(yīng)用作以淺析.

2 工程概況

2.1 引烏入通引水工程測(cè)量.為通遼市補(bǔ)充地下水及工業(yè)用水，引烏力吉木仁河水給莫力廟水庫(kù)到通遼市市區(qū)，布設(shè)管道120km，施測(cè)300m寬1：1000帶狀地形圖36km2.測(cè)區(qū)沿線屬丘嶺地帶，農(nóng)田、林地、村莊途徑交多，地類、地物界址需表述清楚準(zhǔn)確，施測(cè)三維坐標(biāo)，對(duì)于征地賠償經(jīng)濟(jì)損失極為重要.

2.2 霍林郭勒市霍林河河道整治工程測(cè)量.霍林河流經(jīng)霍林郭勒市市區(qū)，為城市防洪及美化城市，對(duì)霍林河河道市區(qū)段整治工程，提供工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料.施測(cè)河道1：1000帶狀地形圖，河寬0.5km～1.5km不等，城區(qū)段長(zhǎng)30km，橫跨兩座鐵路橋、三座公路橋，整治工程需建七座橡膠壩及兩岸堤防和多處人文景觀等.為整治河道的規(guī)劃設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)狀地物、地界址等建筑設(shè)施需施測(cè)精準(zhǔn)的三維坐標(biāo).

2.3 根據(jù)測(cè)區(qū)的實(shí)際情況及工程的需要，以上兩項(xiàng)工程測(cè)量，采用GPS靜態(tài)定位技術(shù)進(jìn)行首級(jí)控制測(cè)量，然后用RTK技術(shù)做圖根控制進(jìn)行地形測(cè)量.

3 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)地踏勘，在兩測(cè)區(qū)所收集的國(guó)家三角點(diǎn)及三等水準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)資料進(jìn)行研究，根據(jù)目的、精度要示，測(cè)區(qū)地形現(xiàn)狀、交通狀況等和所使用的儀器類型，按優(yōu)化設(shè)計(jì)原則和相關(guān)規(guī)范的要求進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，制定合理的施測(cè)方案.

首先進(jìn)行首級(jí)控制，測(cè)量方式采用靜態(tài)，各項(xiàng)操作嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求施測(cè)，為了進(jìn)行高程擬合，在首級(jí)網(wǎng)線各點(diǎn)聯(lián)測(cè)四等水準(zhǔn)，點(diǎn)之間距5km左右去均勻分布于測(cè)區(qū)中.

3.1 引烏入通引水工程測(cè)量，采用收集到的國(guó)家現(xiàn)有三個(gè)三角點(diǎn)進(jìn)行沿線布設(shè)附合GPS靜態(tài)網(wǎng)，每5km左右埋設(shè)一個(gè)永久點(diǎn)(VT01～VT29)共29個(gè)，以兩個(gè)三等水準(zhǔn)點(diǎn)，施測(cè)四等附合水準(zhǔn)，聯(lián)測(cè)于VT01～VT29點(diǎn)，進(jìn)行RTK施測(cè)帶狀圖.

3.2 霍林郭勒市霍林河河道整治工程測(cè)量，收集到礦區(qū)3°帶Ⅲ等三角點(diǎn)三個(gè)，三等水準(zhǔn)點(diǎn)兩個(gè)，由于測(cè)區(qū)是河道流經(jīng)于市區(qū)，狹長(zhǎng)地帶，根據(jù)已知點(diǎn)位的情況，適合于布設(shè)前方交會(huì)，沿河道左岸5-6km布設(shè)一個(gè)首級(jí)控制點(diǎn)，HS01～HS17并聯(lián)測(cè)四等水準(zhǔn).實(shí)施RTK帶狀1：1000地形圖.

4 測(cè)量實(shí)施

4.1 將欲作為RTK測(cè)量聯(lián)測(cè)控制點(diǎn)的E級(jí)GPS點(diǎn)的三維坐標(biāo)輸入計(jì)算機(jī)，檢查無(wú)誤后，用傳輸電纜導(dǎo)入FC-2000手簿.

4.2 比較分析E級(jí)GPS點(diǎn)的地理位置，從中選取地勢(shì)較高、無(wú)遮擋、在當(dāng)日當(dāng)站測(cè)區(qū)施測(cè)范圍內(nèi)的控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)站的架設(shè)點(diǎn)，并且這些點(diǎn)必須遠(yuǎn)離大功率無(wú)線發(fā)射臺(tái)、變電站、高壓輸電線下等天線電干擾源，以避免其周圍磁場(chǎng)對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的干擾影響.

4.3 基準(zhǔn)站架設(shè)后，對(duì)基準(zhǔn)站及電臺(tái)進(jìn)行必要的設(shè)置，等FC-2000手簿的屏幕提示“基準(zhǔn)站設(shè)置成功并已經(jīng)開(kāi)始工作”，撥下手簿與基準(zhǔn)站接收機(jī)的連接電纜，用另一臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行部分E級(jí)GPS控制點(diǎn)的聯(lián)測(cè)校核，完成上述操作后，手簿內(nèi)部自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解，然后就可進(jìn)行具體的測(cè)量工作.

5 精度分析

在測(cè)量圖根點(diǎn)時(shí)，我們用RTK測(cè)量了臨近的E級(jí)GPS首級(jí)控制點(diǎn)三維坐標(biāo)，其平面X、Y坐標(biāo)與用GPS靜態(tài)定位方法施測(cè)的成果進(jìn)行比較，RTK高程與四等水準(zhǔn)成果的高程進(jìn)行比較；隨機(jī)選擇部分成果比較(霍林郭勒市河道整治工程測(cè)量)見(jiàn)表1.

表1 測(cè)量成果比較

由比較結(jié)果可知：RTK測(cè)設(shè)的E級(jí)GPS點(diǎn)平面成果和靜態(tài)GPS測(cè)設(shè)的數(shù)據(jù)差值最大±≤23mm；在高程方面，RTK測(cè)設(shè)的高程和四等水準(zhǔn)高程精度也比較接近，最大值差±≤28mm；由此可見(jiàn)RTK測(cè)設(shè)的平面成果和高程完全可以滿足圖根控制測(cè)量和施測(cè)大比例測(cè)圖的精度.

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