GPS RTK技术在水利工程测量中的应用研究
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【关键词】gps技术；rtk技术；实时动态定位；水利工程测量；
【摘要】本文介绍了常规GPS测量的基本知识，紧接着了阐述RTK技术的基本原理，探讨了RTK技术在水利工程测量中的具体应用以及应用时的注意事项，通过RTK用于水利工程测量的实例说明实时动态载波相位差分技术在水利工程测量具有的精度高、成果质量好、效率明显等优越性，将RTK技术的方法和优点体现了出来，从而降低劳动作业强度,减少野外砍伐工作量, 提高作业效率以及RTK技术
在水利工程测量中的发展和展望。
GPS导航定位以其精度高、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点著称。实时动态(Real TimeKinematic简称RTK)测量技术,也称载波相位差分技术, 是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术,它是GPS测量技术发展中的一个新突破。RTK测量系统一般由以下3部分组成：GPS接收设备、数据传输设备、软件系统。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。软件系统具有能够实时解算出流动站的三维坐标的功能。RTK测量技术除具有GPS测量的优点外，同时具有观测时间短，能实现坐标实时解算的优点，因此可以提高生产效率。
RTK的测量方法
（1）“无投影/无转换”法。直接用接收机在基准站和流动站接收WGS-84坐标，其后利用观测的已知点的WGS-84坐标和相应的地方坐标根据一定的数学模型进行转换。这种方法基准站不一定要安置在已知点上，但根据不同的转换方法，需要观测一定数量的已知点。
（2）“键入参数”法。把用静态观测求得的WGS-84坐标和地方坐标键入到手簿中，进行转换，也可以置入静态观测平差时求取的转换参数。该方法基准站须架设在已知点上，但可以不观测其它已知点（为了检核，建议在方便时还是观测一定量的已知点）。
1 RTK工程测量的作业流程
1 . 1 内业准备在实施RTK外业测量前, 应事先收集测区的小比例尺地形图, 必要时进行野外踏勘, 根据地形测量的特点完成内业的准备工作。主要包括以下几方面的内容:
(1)根据工程项目,设定工程名称，也可以根据日期设定，便于区分数据。(2)若已知坐标转换参数,则输人手簿(一般此参数未知)。(3)若无坐标转换参数,应整理测区的已知控制点资料, 控制点应尽可能均匀分布在测区周围,使得所测点均在已知点的包围之内, 尽可能避免从一端向另一端无限制的外推。控制点所处的位置和周围的条件应符合GPS作业的要求。(4)实施工程放样时, 内业输人每个放样点的设计坐标,以便野外实时、准确放样。
1 . 2由于R T K 作业要求实时给出当地坐标,这使得坐标转换工作非常重要。根据总体规划和工程需要,求定测区转换参数可按如下步骤进行:首先在测区以GPS静态方式布设均匀分布的高等级GPS控制点,获得各点的WGS-84坐标和地方坐标系下的坐标,利用同一点的两种坐标求出转换参数。
注意,为提高转换参数的可靠性,最好选用4个以上的点进行观测和求解,这样可通过多种点的匹配方案,检验转换参数的正确性及精度。
1 . 3 基准站的选定原则数据传输系统由基准站发射电台和流动站接收电台组成,它们是实时动态测量的关键设备。稳定可靠的数据链是动态初始化的前提。保持高质量的数据传输,可以减少整周模糊度的解算时间, 大大提高工作效率, 所以基准站的安置是顺利实施RTK作业的关键之一,基准站安置应满足下列条件:
(1)基准站可设立在有精确坐标的已知点上,也可设在未知点上(最好设在已知点上)。(2)基准站安置应选择地势较高、视空无遮挡、电台有良好覆盖域的地方,城市测量首选测区高大建筑物上。(3)为防止数据链的丢失和多路径效应, 基准站周围应无GPS信号反射物(大型停车场、大型建筑物、车辆拥挤的街区等),200m范围内无高压电线、电视台、无线电发射台等干扰源。(4)考虑到南北极附近是卫星的空洞区, 电台的天线应架设在GPS接收机的北方。
1. 4RTK 施测步骤野外作业时, 设置一台GPS接收机作为基准站，并将一些必要的数据如基准站的坐标、高程、坐标转换参数等输入GPS控制手簿，一台或几台GPS接收机设置为流动站。 基准站安置在选定的控制点上, 打开接收机输人点号、天线高、WGS-84的已知坐标; 设置完毕检查接收的G P S卫星数≥ 5 颗。检查电台发射指示灯是否正常, 基准站设置完成。流动站选择与基准站电台相匹配的电台频率, 检查电台接收指示灯是否正常, 检查接收卫星颗数)4 颗, 流动站可开始测量任务。基准站和流动站同时接收卫星信号，基准站将接收到的卫星信号通过基准站电台发送到流动站，流动站将接收到的卫星信号与基准站发来的信号传输到控制手簿进行实时差分及平差处理，实时得到本站的坐标和高程及其精度指标等，并随时将实测精度和预设精度指标进行比较，一旦实测精度达到预设精度指标的要求，手簿将提示测量人员是否接受该成果，接受后手簿将测得的坐标、高程及精度同时存储到手簿中。
2 水利工程中RTK技术应用思路研究
2 . 1 控制点加密的测量在首级控制网的基础上, 为满足地形图及断面等测量的需要, 必须进行加密控制点的测量。而水利水电工程多位于偏远地区,已知高等级控制点较少,常规的控制测量方法是测距仪导线, 测量精度受到很多条件限制,且工作量大。而用GPSRTK加密测量控制点则很简单,只需在测区10km范围内有3 个以上且包含测区的高等级测量控制点即可,操作简单方便,平均每天可测量30～40个加密控制点,效率较高。
2. 2根据RTK技术地形测量的特点，以RTK基准框架网点为基础，分别架设GPS基准站，使用1+2工作模式，用2套GPSRTK接收机作为流动站进行测量。流动站在第1次测量时，在一已知点上作RTK测量，其测量结果与已知点进行比较，从而检查RTK系统是否工作正常及基准站坐标输入是否正确，最后将GPS获得的数据处理后直接录入计算机，可及时精确地获得地形图信息。利用RTK快速定位和实时得到坐标结果的特点, 在一定的测量环境中可以进行地形测量。地形点的测量可以在数据采集的功能下进行, 也可以根据现场地形的实际情况进行测量设定,地形点的采集可以单人作业, 极大地节约了人力和时间。
2 . 3 施工放样测量利用RTK随机软件中放样的功能进行点、直线、曲线放样功能, 进行施工放样测量。输入设计好的已知坐标作为参考点和目标点, 流动站实地所在位置的坐标作为修正点, 电子手簿屏幕上的图形显示出实地待定点相对于目标点所偏移的距离,按照指示移动流动站,直到满足所要求的精度。同样方法可以用来复样及检查验收。
2 .4RTK测量应用实例
实例区为毕节市工业园区应急供水工程,属政府应急项目。水源点距离工业园水厂3.4公里，预设泵房在水源旁提水到高位水池，铺设输水管道到工业园区水厂，整个测区内相对平缓,预设管线两旁100米区域为弃土或鹅卵石无茂密植被。除个别地方外对RTK作业无大的影响。由于应急供水时间过紧，测区相对过长，应用常规测量方法时间久，效率低。本测绘队根据工作应用来看,RTK作业既可以实时提供点位坐标和高程, 又可实时知道测量点位精度,而且可以配合着全站仪使用，能够极大地提高工作效率。
只要在作业过程中加强检核、采用对中误差较小的支架、远离无线电发射电台、避免多路经效应,RTK测量完全能够满足水利工程建设的需要。
3结语
RTK实时动态测量技术是继GPS全球定位技术之后,测量领域又一次技术革命。
它改变了传统的测量模式, 能够实时提供厘米级定位精度, 在不通视的条件下远距离传输三维坐标。应用于工程测量中,RTK能够快速准确的布设导线网, 弥补由于城市日星月异的发展造成的低等级导线点的毁坏, 减轻由于工期原因给测绘人员造成的时间压力。RTK测量需要的测量人员少、作业时间短,工作效率高,并且RTK测量成果都是独立观测值,不会像常规测量造成误差积累。当然,RTK技术快速、灵活的作业方式有赖于足够的卫星数、稳健的数据链、较小的多路径效应等外界条件,在城市环境下更显得突出,有时会出现无法正常作业的情况,这就需要不断完善RTK技术,探讨先进作业方式。