GPS（RTK）技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用及精度分析

李燃

（信陽市水利勘測設(shè)計院 河南省信陽市 464000）

1 GPS系統(tǒng)概述

在進行GPS定位時，會受到一些外部因素的影響，這些外部因素也會導(dǎo)致測量誤差的出現(xiàn)，為了消除這些誤差源，就必須使用幾臺以上的GPS接收機，使用的測量方法是靜態(tài)測量法，靜態(tài)測量法就是利用GPS接收機獨立進行工作，然后人員觀測，用后期的處理軟件進行差分解算，對于RTK測量，也是使用的差分解算，但是這兩種有細微的差別，后者是實時差分計算，RTK系統(tǒng)通常是由三部分構(gòu)成：第一部分是GPS接受系統(tǒng)，第二部分是傳輸系統(tǒng)，第三部分是軟件系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)主要是由基準站的發(fā)射電臺和接受電臺組成，是是實現(xiàn)實時測量的動態(tài)設(shè)備，RTK在進行測量時，基準站與流動站要同時觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)，將所接受到的信號全部發(fā)射出去，流動站在接受衛(wèi)星信號的同時也接受基準站的信號，在計算這兩個信號的基礎(chǔ)上能夠確定出基準站與流動站的位置關(guān)系。

2 RTK應(yīng)用于工程放樣的分析

在水利工程測量中，工程放樣是不可缺少的，尤其是在一個規(guī)模較大的水利工程中，具有大量的施工放樣工作，工程施工放樣的質(zhì)量也直接影響著工程的質(zhì)量，所以，現(xiàn)階段急需要解決的問題是高質(zhì)量高效率地完成工程放樣，在工程放樣中，需要注意點放樣，這種放樣方式就是通過一定方法和設(shè)備，將設(shè)計好的點在實際位置標出來，在過去，采用的傳統(tǒng)放樣方式多種多樣，比如經(jīng)緯儀交會放樣，全站儀等，在放樣期間先設(shè)計出一個點位，然后再來回移動目標，這項操作往往需要2人配合，在放樣期間，也需要點與點之間的通視情況良好，如果在放樣過程中，遇到困難會借助于多種方法才能實現(xiàn)，所以在實際應(yīng)用效率上并不高，如果使用的是RTK技術(shù)時，只需要將提前設(shè)計好的點位記錄進電子手簿中，人員只需要手持GPS接收機，它就會提醒你走到放樣點的位置，既方便又快捷，因為RTK是通過坐標放樣的，所以精準度較高，因為在放樣過程中只需要一個人操作，而且有一定精準性，所以工作效率也會大大提高。

3 利用RTK進行點放樣和曲線放樣

3.1 利用RTK進行點放樣

利用RTK進行點放樣，就是將建筑中的形狀和大小通過點的形式表示出來。比如在建筑物中，建筑物具有一個中心、四個角和一個轉(zhuǎn)折點，所以點放樣是建筑物測量的基礎(chǔ)。使用RTK進行點放樣與傳統(tǒng)的點放樣方法相同，都需要控制兩個點，但不同的是傳統(tǒng)方法通過距離來進行放樣定點，而RTK主要是通過控制2～3個點來進行測量，就可以通過電磁波通視的方法進行點位放樣，這也是傳統(tǒng)方法難以做到的，點放樣工程實例：

（1）測前準備：在測量之前需要先確定2～3個控制點，然后再計算出放樣點的坐標，檢查后續(xù)工作中要使用的儀器設(shè)備是否完好無損。

圖1 曲線要素圖

（2）架設(shè)基準架：人員需要將基準架放置在無人空曠的地方，然后再安裝電臺，將儀器設(shè)備連接好，打開主機開始工作，隨后將電臺打開，設(shè)置一個正確的頻率。

（3）建立工程：打開移動站的主機，然后等待衛(wèi)星穩(wěn)定，衛(wèi)星穩(wěn)定的標志是存在5顆以上衛(wèi)星，這時候連接上藍牙，然后設(shè)置正確的參數(shù)，投影參數(shù)和工程名稱，當參數(shù)都設(shè)置好后，工程建設(shè)完畢。

（4）輸入放樣點：接下來就是輸入放樣點，需要先打開放樣庫，然后手動編輯放樣點，也可以把提前編好的放樣點輸進去，打開放樣點文件，然后選擇覆蓋或是追加坐標庫。

（5）改正參數(shù)：參數(shù)的修正包括兩種方法，第一種是控制點的坐標方法，第二種是利用點的坐標進行校正的方法。

（6）輸入放樣點坐標：選擇一個測量的坐標，然后將點放樣，進入放樣屏幕，點擊打開按鈕，然后將之前編好的放樣文件放入坐標管理庫，再點擊放樣點，增加放樣點坐標。

我們假設(shè)全站儀的坐標值是真實有效的，那么它測定的數(shù)值就是真值，那么運用GPS和RTK測得的數(shù)值產(chǎn)生的差值就是誤差值，根據(jù)工程規(guī)范指出：點位之間的誤差不得超過5cm。

（1）使用RTK測量出的結(jié)果，與全站儀測量之間產(chǎn)生的誤差，結(jié)果都是厘米級，互差值最大的是2.7cm，最小的是0.6cm。

（2）如果我們以全站儀測定的坐標為依據(jù)，那么RTK的點位誤差都在5cm以內(nèi)，那么這兩種方法的誤差點計算公式就應(yīng)該是計算出的結(jié)果是1.8cm。

（3）如果我們以統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果為準那么就需要假設(shè)全站儀的測量結(jié)果是準確的，RTK的測量結(jié)果可以精確到厘米，但是需要注意的是在各點位之間，是不存在誤差累計的，也克服了傳統(tǒng)的測量技術(shù)的缺點，完全能夠滿足點位之間的精確度要求。

（4）經(jīng)過本次測量，測量的結(jié)果考慮的是全站儀誤差忽略不計的情況，因為如果我們考慮全站儀的誤差，就有可能會出現(xiàn)誤差大于5cm的情況，這樣的誤差產(chǎn)生的原因很有可能是系統(tǒng)本身自帶的誤差，也有可能外部環(huán)境所造成的誤差，或者是人為操作不當引起的誤差，但造成誤差的主要原因是測量環(huán)境中的路徑誤差或是干擾誤差。

（5）對于上述造成的誤差，我們可以根據(jù)分析誤差的原因，來減小或者消除誤差，比如可以改變基準站的位置，選擇地形開闊的地點，也需要遠離無線電發(fā)射的源頭、雷達和高壓電線等裝置。

3.2 利用RTK放樣

在公路、鐵路以及河道、輸電線上，所有的管道工程都是屬于線型工程，他們的中線都統(tǒng)稱為線路，這些線路都是由直線與虛線組成的，尤其是在線路發(fā)生方向的地方，連接轉(zhuǎn)向處的曲線叫做平曲線，平曲線又分為兩種，第一種是圓曲線，第二種是緩和曲線，圓曲線是有一定曲率半徑的圓弧。

3.2.1 一般曲線放樣方法

當圓曲線進行放樣時，首先要找準放樣曲線的點，比如說找準直原點，曲中點和與圓直點，先測出α，然后設(shè)計出圓曲線的半徑，由圖可知：根據(jù)圖1的公式計算出切線、曲線以及切曲線等。

根據(jù)傳統(tǒng)的方法，需要根據(jù)曲線要素的放樣算出曲線主點，再根據(jù)曲線主點算出放樣的其他點，由于放樣是根據(jù)已經(jīng)放樣的主點計算出來的，所以容易造成誤差累積。

在放樣測量時，需要先放置好儀器設(shè)備，將儀器放置在交點上，先定一個線路方向，然后沿著兩條切線分別測量出切線的長度，才能夠確定出曲線的起點和終點，然后在交點上算出視點，在得分角線方向，計算出外矢距，這樣就可以得到曲線中點QZ，再把儀器架設(shè)在ZY處，用極坐標法或者偏角法進行曲樣的放樣。

3.2.2 曲線放樣工程實例

在我市的浉河河道治理工程中，河道邊坡施工放線的測繪工作采用的是南方雙頻設(shè)備，該設(shè)備精確度較高，可靠性較好，將基本控制點設(shè)為放樣的基準點，最終選用的是GPS設(shè)備，計算出了該流動站的距離為2km，在該范圍內(nèi)，能夠向基準站發(fā)出準確數(shù)據(jù)，然后選定了浉河兩岸的城市GPS控制點2個，作為本次工作的基準點框架，然后開始進行浉河治理工程的放線工作。

在這次放樣工作中，樁號為K19+860～21+020段的是圓曲線，所以在這里我們采用的方法就是曲線放樣，曲線各點的坐標為已知數(shù)據(jù)。

3.2.3 曲線放樣的精準度

根據(jù)前文所說的曲線放樣，為了進一步檢驗放樣點的精確度，我們用了全站儀對放樣曲線進行測量，并對比測量結(jié)果與放樣點的真值，觀察曲線點的設(shè)計坐標和全站儀測量的近似值兩者之間的誤差。得出的結(jié)論和點放樣類似。

（1）將RTK的測量與全站儀的測量結(jié)果進行對比，我們發(fā)現(xiàn)兩者的測量結(jié)果互差在厘米的范圍之內(nèi)，其中最大的誤差為-1.8cm，而縱向誤差為-2.7cm，點位互差最大為3.1cm，最小為0.4cm。

（2）如果我們以全站儀的定點為坐標值，那么RTK測得的數(shù)值誤差就在5cm以內(nèi)，那么按照公式，RTK的放樣點點位就應(yīng)該是m=±計算出的結(jié)果是1.6cm。

（3）我們用RTK進行測量，當曲線出現(xiàn)橫向和縱向偏差時，完全可以忽略不計的，因為其滿足工程的要求，所以比常見的儀器設(shè)備測出的精準度更高。

（4）如果在測量過程中，存在誤差超過范圍的點，我們可以根據(jù)測量條件，判斷出誤差的位置和原因，對于放樣點在市區(qū)中的工程，誤差的產(chǎn)生多是由信號干擾造成的，對于一些接近大面積水域的區(qū)域，出現(xiàn)的誤差則為多路徑誤差。

（5）如果是遇到誤差極限的點，我們可以采用靜態(tài)GPS進行測量，然后制作模板，標出點正確的位置，然后用經(jīng)緯儀和電子測距儀進行測量，再重復(fù)同樣的操作，標出正確位置。