水利工程測(cè)繪中GPS—RTK技術(shù)的應(yīng)用研究

梁永歡

摘要：隨著科技的進(jìn)步，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這就對(duì)勘測(cè)工作提出了更高的要求。本文簡(jiǎn)要說明GPS-RTK技術(shù)原理與構(gòu)成的基礎(chǔ)上，介紹該技術(shù)在水利測(cè)繪領(lǐng)域中的應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)例總結(jié)其使用過程中的優(yōu)缺點(diǎn)。因地制宜，在水利工程建設(shè)和管理工作中，如何更好地發(fā)揮新技術(shù)的作用，是每個(gè)測(cè)繪工作者努力的方向。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK；水利工程；測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用；精度；應(yīng)對(duì)措施

1 GPS-RTK技術(shù)的由來

GPS是Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱，它是由美國(guó)陸?？杖娫?0世紀(jì)70年代聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。應(yīng)用GPS（全球定位系統(tǒng)）實(shí)施動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，即RTK（Real Time Kinematic）技術(shù)。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)量均需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK技術(shù)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。它是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)極大地提高了工程放樣、地形測(cè)圖，各種控制測(cè)量的外業(yè)作業(yè)效率。

2 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1）利用GPS（RTK）技術(shù)進(jìn)行水利工程測(cè)量，可以提供快速和高精度的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，受約束少，節(jié)省大量測(cè)量時(shí)問，實(shí)現(xiàn)了效率化、自動(dòng)化、智能化。

2）高精度的測(cè)量成果，保障了水利工程的安全性，讓水利工程更好地發(fā)揮應(yīng)有作用，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做貢獻(xiàn)。

3）GPS技術(shù)與全站儀等儀器可以聯(lián)合作業(yè)，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，更快更好地做好水利工程前期測(cè)繪工作。

3 GPS-RTK技術(shù)遠(yuǎn)景

GPS在水利工程中的應(yīng)用，對(duì)水利工程勘測(cè)手段和作業(yè)方法產(chǎn)生了革命性的變革，極大地提高了測(cè)量精度與測(cè)量效率，特別是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位技術(shù)將會(huì)在水利工程前期勘測(cè)、水利工程的施工以及后期的管理工作發(fā)揮不可或缺的作用。

4 GPS-RTK技術(shù)原理與構(gòu)成

RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，是一項(xiàng)以載波相位觀測(cè)為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)，是利用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上GPS接收機(jī)同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，其中一臺(tái)安置在已知坐標(biāo)點(diǎn)上作為基站，其它作為移動(dòng)站。在RTK作業(yè)模式下，基站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給移動(dòng)站。移動(dòng)站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基站的數(shù)據(jù)，還要采集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)給出毫米級(jí)的定位結(jié)果。移動(dòng)站可在靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周未知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理。只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形，移動(dòng)站可隨時(shí)給出毫米級(jí)定位結(jié)果。RTK測(cè)量系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

5測(cè)繪新技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

GPS-RTK技術(shù)具有定位精度高，實(shí)時(shí)定位速度快，提供三維坐標(biāo)，操作簡(jiǎn)便，全天候作業(yè)及全球地面連續(xù)覆蓋等特點(diǎn)，在現(xiàn)代化水利測(cè)繪方面得到廣泛應(yīng)用。在測(cè)量工程中，常規(guī)的導(dǎo)線測(cè)量的控制方式慢慢被淘汰，利用RTK技術(shù)控制網(wǎng)測(cè)量和部分碎部測(cè)量得到應(yīng)用。其基本優(yōu)點(diǎn)為首先是高精度，其次觀測(cè)時(shí)間短，應(yīng)用RTK測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15 km以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間每站觀測(cè)僅需幾秒鐘。在水利工程測(cè)量過程中，采取RTK點(diǎn)放樣和線路放樣，采用點(diǎn)放樣時(shí)，首先將放樣點(diǎn)坐標(biāo)和靜態(tài)網(wǎng)中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)一起上傳到GPS流動(dòng)站中，然后根據(jù)所放點(diǎn)標(biāo)識(shí)進(jìn)行實(shí)地放樣。進(jìn)行線路放樣時(shí)首先在室內(nèi)根據(jù)線路中心線的彎道元素編制線路中心線文件，將該文件和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)上傳到GPS流動(dòng)站接收機(jī)，在實(shí)地依樁號(hào)和所放點(diǎn)與中心線的關(guān)系進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放樣。GPS測(cè)量資料與水準(zhǔn)測(cè)量資料相結(jié)合來確定區(qū)域性大地水準(zhǔn)面的高程是一種有效的方法。這種方法要求GPS觀測(cè)點(diǎn)具有水準(zhǔn)測(cè)量資料且密度適當(dāng)，分布比較均勻。利用高精度GPS定位技術(shù)精密確定觀測(cè)點(diǎn)的大地高程差，并根據(jù)建立的適當(dāng)大地水準(zhǔn)面數(shù)學(xué)模型，內(nèi)插出計(jì)算點(diǎn)的高程異?；虍惓２睿瑥亩贸鎏囟c(diǎn)的正常高。利用RTK技術(shù)進(jìn)行縱、橫斷面測(cè)量，形數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集工作，大大提高了作業(yè)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

6 GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

1）工程概述。某河道上興建一大型攔河擋潮閘，為了結(jié)合水閘平面布置、軸線比較及水利模型試驗(yàn)工作，需要進(jìn)行水下地形測(cè)量。水下地形測(cè)量范圍由水閘軸線上軸線方案上游5 km至下軸線方案下游l km范圍，整個(gè)測(cè)區(qū)視野開闊，河道水面最寬約250 m。本工程測(cè)量采用

GPS-RTK技術(shù)作業(yè)，使用Trimble 5？700 GPS系統(tǒng)，應(yīng)用其電子手簿TSC1進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2）測(cè)量前電子手簿TSC1的操作準(zhǔn)備。使用TSC1首先建立新的工作項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱為“某攔河擋潮閘工程”?？紤]本工程測(cè)量采用的坐標(biāo)系統(tǒng)，操作時(shí)直接從資料庫(kù)中的其他工作項(xiàng)目中選擇采用相同坐標(biāo)系統(tǒng)的項(xiàng)目拷貝出來，這樣可以免去輸人與轉(zhuǎn)換的麻煩?？截愖鴺?biāo)系統(tǒng)成功后對(duì)工程項(xiàng)目的系統(tǒng)單位、系統(tǒng)時(shí)間，日期分別進(jìn)行配置。

設(shè)置RTK基準(zhǔn)站。選擇在上空開闊、無遮擋的點(diǎn)，并且能夠看到周圍沿地平線高度角130以上的全部天空作為基準(zhǔn)站建站位置?；鶞?zhǔn)站定位后，在點(diǎn)位上對(duì)中整平，連接5？700 GPS，連接接收機(jī)電源，同時(shí)將TSC1電子控制器連接到GPS接收機(jī)。再將外接電臺(tái)的天線和延長(zhǎng)桿安裝在比較高的固定位置，連接電臺(tái)天線和電臺(tái)，連接電臺(tái)和GPS接收機(jī)，連接電臺(tái)電源。啟動(dòng)基準(zhǔn)站接收機(jī)并設(shè)置好基準(zhǔn)站。

設(shè)置RTK流動(dòng)站。將5？700 GPS安裝在背包里，電臺(tái)天線安裝在背包上，GPS天線用延長(zhǎng)桿安裝在背包上，測(cè)量人員手持TSC1作業(yè)，連接各種天線。啟動(dòng)RTK流動(dòng)站，初始化完成后即可進(jìn)行測(cè)量。

3）測(cè)深儀器的選擇。由于本工程水域面積較大、水深較深、流速較快，采用傳統(tǒng)的測(cè)深桿、測(cè)深繩測(cè)量水深，精度較低，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，故選用回聲測(cè)深儀進(jìn)行測(cè)量。測(cè)深點(diǎn)平面定位與水深測(cè)量同步進(jìn)行。開展測(cè)量前對(duì)測(cè)深儀在測(cè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行聲速測(cè)定，通過測(cè)點(diǎn)處實(shí)際水深與校正測(cè)深儀測(cè)深值的比較，校正測(cè)深儀聲速，保證水深值的正確性。

4）外業(yè)測(cè)量。采用Trimble 5？700 GPS自動(dòng)采集水下地形點(diǎn)的平面坐標(biāo)及高程，測(cè)量過程中實(shí)時(shí)傳輸RTK作業(yè)數(shù)據(jù)，使測(cè)深儀數(shù)據(jù)與GPS同步自動(dòng)記錄。

5）內(nèi)業(yè)處理。外業(yè)工作結(jié)束后，利用計(jì)算機(jī)對(duì)外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及整理，并通過數(shù)字化成圖軟件成圖輸入。測(cè)量過程中由于使用了RTK技術(shù)，無須進(jìn)行復(fù)雜的觀測(cè)和內(nèi)插。

7結(jié)束語(yǔ)

GPS-RTK技術(shù)以其實(shí)時(shí)、高效等優(yōu)點(diǎn)，已在水利測(cè)繪領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是其本身仍存在一些缺點(diǎn)，作業(yè)時(shí)如果操作失誤或某些技術(shù)問題處理不當(dāng)，都會(huì)給測(cè)量成果帶來嚴(yán)重影響。結(jié)合GPS-KTK技術(shù)在水利工程測(cè)繪中的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)及影響精度的因素進(jìn)行了分析并提出了相應(yīng)措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]李紀(jì)人，等.GPS技術(shù)水利應(yīng)用指南[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.

（作者單位：河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）