GPS RTK定位系統(tǒng)在水利工程測量工作中的應(yīng)用

摘要：近年來我國科技發(fā)展水平不斷提升，國家逐漸注重水利工程建設(shè)。但是由于我國水利工程建設(shè)通常選址在偏遠(yuǎn)的地區(qū)，不能布置太多的高等級的測控點(diǎn)，從而阻礙了水利工程測量工作的順利進(jìn)行。本文主要就GPS RTK技術(shù)組成和測量進(jìn)行簡單的介紹，并對GPS RTK技術(shù)在水利工程測量中的使用進(jìn)行深入研究。

關(guān)鍵詞：GPSRT定位系統(tǒng);水利工程;測量

RTK（realtin ekinem atic）技術(shù)又稱載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)，是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測站的載波相位基礎(chǔ)上的技術(shù)。它能夠?qū)崟r(shí)地提供測量點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，并達(dá)到cm級精度要求。RTK測量系統(tǒng)一般由以下三部分組成：1）GPS接收設(shè)備。2）數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備：即數(shù)據(jù)鏈，是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量的關(guān)鍵性設(shè)備。3）軟件解算系統(tǒng)：對于保障實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量結(jié)果的精確性與可靠勝，具有決定性作用。R TK定位技術(shù)的作業(yè)原理是將基準(zhǔn)站采集的GPS衛(wèi)星載波相位觀測量通過調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行編碼和調(diào)試，經(jīng)電臺(tái)數(shù)據(jù)鏈發(fā)射出去。而移動(dòng)站在對GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測并采集載波相位觀測量的同時(shí)，也接收來自基準(zhǔn)站的電臺(tái)信號(hào)。移動(dòng)站通過解調(diào)得到基準(zhǔn)站的載波相位觀測量，再利用OTF技術(shù)對由基準(zhǔn)站和移動(dòng)站采集的載波相位觀測量所確定的差分改正數(shù)動(dòng)態(tài)求解整周模糊度。在整周未知數(shù)解固定后，即對每個(gè)歷元進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。只要能保證1顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的衛(wèi)星幾何圖形，移動(dòng)站可根據(jù)給定的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)時(shí)給出cm級的定位結(jié)果。

1 GPS RTK系統(tǒng)的組成與測量特點(diǎn)

GPS RTK全球定位系統(tǒng)是由空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成，除此之外，測量用戶還應(yīng)有衛(wèi)星接收設(shè)備。GPS全球定位系統(tǒng)的測量有以下特點(diǎn)：

1）測站之間無需通視。GPSRTK測量要求測站上空開闊，測站之間無需通視，這一特點(diǎn)使測站點(diǎn)的選擇更為靈活

2）定位精度高。一般雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5m m+lx10- 6，面紅外儀標(biāo)稱精度為5mm+5x10-6，兩儀器測量精度相當(dāng)，但是隨養(yǎng)測距的增長，GPS的測量精度優(yōu)于紅外儀的。

3）觀測時(shí)間短。用GPS布設(shè)控制網(wǎng)，觀測時(shí)間短，每個(gè)測站上用30～40min測量;如果采用快速靜態(tài)定位，則觀測時(shí)間更短

4）提供三維坐標(biāo)。GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時(shí)，可以精確地測定觀測站的大地高程

5）操作簡便。GPS自動(dòng)化程度高，操作簡便

6）全天候作業(yè)

GPS觀測可全天候測量，天氣變化對GPS測量的影響不大。

2 GPS RTK技術(shù)的應(yīng)用

2.1控制測量中的應(yīng)用

常規(guī)控制測量通常采用導(dǎo)線測量或三角測量的方法，都是先布設(shè)控制點(diǎn)，在高等級控制網(wǎng)點(diǎn)上加密次點(diǎn)，如果用全站儀進(jìn)行施測，測站點(diǎn)之間必須兩兩通視，在布設(shè)較大的控制網(wǎng)時(shí)，測量任務(wù)非常繁重，尤其在地形復(fù)雜區(qū)域有時(shí)對測量人員的人身安全造成威脅，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力且測量成果的精度，必須在內(nèi)業(yè)計(jì)算完成后才能知道，如有成果不合格，需要測量人員返工重測;而用GPS靜態(tài)像對定位測量時(shí)，測站點(diǎn)之間無需通視，且測量得到的控制點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)精度較高，但GPS靜態(tài)相對定位系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)成果的精度同樣需要數(shù)據(jù)處理完成后才能知道，若數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明數(shù)據(jù)精度不符合要求，同樣要返工測量，但是R TK技術(shù)的出現(xiàn)解決了這一難題，控制測量的定位結(jié)果和定位精度都是實(shí)時(shí)獲取的，大大提高了作業(yè)效率。

2.2GPSRTK在地形測圖測量中的應(yīng)用

1）定位的精度和可靠性。在系統(tǒng)設(shè)置完成后開始測量之前，要先進(jìn)行檢核測量，目的是檢查以基站設(shè)置的止確性，確保測量成果的可靠性。常用的測量檢核方法是通過測量己知點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)與己知的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，來檢核基站設(shè)置的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)糾正改錯(cuò)。事實(shí)證明，這種方法可靠性較高。還可以通過儀器重新，重測己經(jīng)測量過的RTK點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的方法來檢驗(yàn)

2）圖根控制測量。在地形情況'較為復(fù)雜的建筑密集區(qū)、因遮擋嚴(yán)重，常規(guī)測量手段難以施展，可以用GPS測量方法選擇地勢相對開闊的區(qū)域布設(shè)控制網(wǎng)點(diǎn)，在信號(hào)不受影響的地區(qū)布設(shè)圖根點(diǎn)，為全站儀測圖提供便利。因測圖及檢核的需要，一般選擇3個(gè)相互通視的圖根點(diǎn)作為1個(gè)點(diǎn)組，作為測圖和檢核測量用點(diǎn)。測量時(shí)，將安置有流動(dòng)站天線的對中桿對中到圖根點(diǎn)上，并各對中桿上的氣泡調(diào)整居中，打開主機(jī)電源及手簿，待出現(xiàn)固定解時(shí)自動(dòng)記錄測量結(jié)果，外業(yè)測量結(jié)束后，將結(jié)果導(dǎo)入計(jì)算機(jī)制做圖根控制點(diǎn)成果表。

3）碎部點(diǎn)測量。碎部點(diǎn)測量，直接用連接流動(dòng)站天線的對中桿測量碎布點(diǎn)即可。RTK在空曠的區(qū)域測量速度較快，一般幾秒鐘即可完成1個(gè)點(diǎn)的測量工作，用RTK直接采集特征點(diǎn)數(shù)據(jù)，將R TK采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入成圖軟件。由于所有測量點(diǎn)均為高程點(diǎn)，所以測圖時(shí)要畫草圖，數(shù)據(jù)與碎部點(diǎn)序號(hào)對應(yīng)記錄。內(nèi)業(yè)時(shí)，先把測量數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，換成數(shù)字成圖軟件所需文件格式，然后，在軟件中，根據(jù)草圖用相應(yīng)的線型或符號(hào)處理采集的地物點(diǎn)，為了成圖的方便，最好按地物分類測量，先按順序把它一個(gè)地物測完整后再測別的地物，這樣便于畫草圖繪制，方便內(nèi)業(yè)編輯。對于一些點(diǎn)狀地物，如電信桿，測量時(shí)沿線路走向，緊貼電桿前后測量，采集兩點(diǎn)坐標(biāo)，內(nèi)業(yè)時(shí)取兩點(diǎn)連線中點(diǎn)或作為電桿的實(shí)際位置。用RTK直接進(jìn)行地物及地形點(diǎn)測量，在開闊地效果好，但在其他區(qū)域就有局限性，如建筑物密集區(qū)進(jìn)行屋角坐標(biāo)測量，以及地形起伏較大的山區(qū)或森林地區(qū)，GPS衛(wèi)星信不易接收，RTK數(shù)據(jù)傳輸干擾大，測量費(fèi)時(shí)長，作業(yè)精度較差和速度較慢，因此這些地區(qū)，一般用R TK在稍開闊信號(hào)較好的地方測一些圖根點(diǎn)，再用全站儀進(jìn)行碎部測量，成圖速度。

2.3 RTK在地形測量中的應(yīng)用

地形測量農(nóng)田水利工程許多需要現(xiàn)場選址，施測小片地形，現(xiàn)場選址需要根據(jù)高程坐標(biāo)等數(shù)據(jù)進(jìn)行參考來確定位置。RTK快速定位和實(shí)時(shí)得到坐標(biāo)的特點(diǎn)較好的滿足現(xiàn)場定線、選址，更好的提供高精度的數(shù)據(jù)資料。RTK進(jìn)行地形測量避免了連續(xù)搬站的累積誤差，需要的測量人員較少，即保證了碎部點(diǎn)的點(diǎn)位精度，又提高了工作效率。

2.4 RTK在縱橫斷面測量中的應(yīng)用

水利工程測量在勘測階段需要進(jìn)行大量的縱、橫斷面測量，常規(guī)用剛尺配合經(jīng)緯儀的測量方法測量，一個(gè)斷面需要4組人員，即一個(gè)觀測組（4點(diǎn)），一個(gè)選點(diǎn)組前（前點(diǎn)），一個(gè)鋼尺組由經(jīng)緯儀指導(dǎo)完成斷面中間點(diǎn)樁號(hào)的測定，然后還得上一個(gè)水準(zhǔn)組測定中間點(diǎn)高程，對測線較長、精度要求高的斷面測量，有時(shí)還得上等級水準(zhǔn)進(jìn)行高程控制，作業(yè)效率十分低下。近幾年，用全站儀進(jìn)行斷面測量，雖然作業(yè)效率有很大提高，但受通視條件限制，尤其是在山區(qū)測量也還有很大的局限性，現(xiàn)在用RTK進(jìn)行斷面測量，只需要一個(gè)人守基站，另外一個(gè)人由設(shè)計(jì)人員配合，用流動(dòng)站連選點(diǎn)帶中間點(diǎn)測量，帶端點(diǎn)控制一次性就過了，省時(shí)省力，極大降低了測量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且精度有保障，作業(yè)效率高。

2.5施工放樣常規(guī)的全站儀放樣要求通視情況良好的條件，且需要2-3個(gè)人員進(jìn)行操作。全站儀放樣是方向和距離的放樣，設(shè)定好方向后在這個(gè)方向上前后移動(dòng)。而RTK放樣直接就是放樣坐標(biāo)，手簿上顯示距目標(biāo)點(diǎn)的距離。RTK還可以進(jìn)行直線和曲線的放樣，對一條直線上沒有坐標(biāo)的位置可以進(jìn)行放樣。這在拆遷放樣中起到十分重要的作用。在房屋拆遷時(shí)，通視困難，而且經(jīng)常需要在拆遷線與建筑物交叉點(diǎn)添加放樣點(diǎn)，這時(shí)利用RTK放樣直線就可以解決這個(gè)問題。

3結(jié)語

GPS RTK技術(shù)在測量中有其明顯的優(yōu)勢，但也有其不足。如何在保證成果精度的前提下提高工作效率，將是一個(gè)永遠(yuǎn)的論題。RTK技術(shù)的發(fā)展，如雙星系統(tǒng)、VRS等，正在改善RTK定位的距離和質(zhì)量，減少初始化時(shí)間，增強(qiáng)其可靠性和抗干擾能力。完善的RTK技術(shù)將會(huì)更好的服務(wù)于測量事業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙菲. GPS在水利工程測量中的應(yīng)用特點(diǎn)[J]. 科技傳播，2014，08：147-151.

[2] 李安康. GPS RTK技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用探析[J] 黑龍江水利科技，2014，06：183-184.

[3] 范會(huì)平. GPS RTK技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用[J]. 價(jià)值工程，2014，08：101-102.

[4] 韓俊義. GPS RTK定位系統(tǒng)在水利工程測量工作中的應(yīng)用[J]. 科技風(fēng)，2015，01：174