GPS RTK技术在嘉陵江凤仪电航工程的应用
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摘 要：gps技术是一种先进的测量技术手段，能给测量工作带来极大的方便。GPS rtk广泛应用于地形地籍碎部测量，也可以用于控制加密测量。嘉陵江凤仪电航工程位于地形复杂且偏远地区，已知高等级控制点较少，常规的图根控制测量方法受地形条件限制，费时耗力。 本文用GPS RTK测量方法，按照行业规范的要求对测区控制点测量，工作效率高，提高效率，降低成本；将测量成果与常规测量比较，得出测绘平面精度更高，高程精度跟等外水准测量方法相当的结论。
关键词：GPS RTK 控制测量 水利电航工程
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（b）-0036-02
GPS RTK技术一种全天候、高精度、高效率的测量方法，可以被用于控制测量工作。GPS RTK技术在水利电航工程测量中的应用前景非常广阔[1]，已有很多学者对GPS RTK技术在水利工程建设中的应用开展了研究，如邓文从理论上推导了作业半径在4 km范围内时，GPS RTK测量控制点的精度可以达到一级导线点的精度要求[2]。薛广鹏通过实测数据证明了GPS RTK技术用于水利工程断面测量的可行性和优越性[3]。王长江介绍GPS-RTK在杭州湾跨海大桥桩基测量中的应用，并根据长期实践总结了RTK在施工测量中的注意事项，GPS-RTK定位的优点[4]。但是对于梯级开发电航工程中测绘新技术的研究和探索目前还很少，本文通过实证数据说明GPS RTK技术的可行性，对同类型工程项目有一定的借鉴意义。
1 GPS RTK工作原理概述
GPS RTK是局域差分定位技术，RTK通过载波相位观测值进行差分定位，能够实时测定点在指定坐标系的三维坐标，并达到厘米级的精度。对于水电工程来说，单基站局域差分定位是常用的一种定位技术，单基站RTK系统由一个基准站和多个流动站已经数据链接设备组成，流动站接受卫星信号的同时接受基准站发送的载波相位信息，通过求差解算坐标，求差解算坐标所采用的数学模型包括单差、双差和三差。由于小型工程基准站和流动站距离较近，一般采用双差观测方程组成的数学模型求解[5]：
-[，，]J·-+- （1）
对于移动站TR和TB基准站，同步观测的两颗GPS卫星为sj和sk，得到双差相位观测量为：
=[（t）-（t）-（t）+（t）] （2）
当移动站和基准站间距离较近时，可以假设：=，这时：
=[--+]=0 （3）
移动站相对基准站的坐标改变量为[，，]，当基准站坐标已知的情况下，可以容易的求得移动站的坐标；移动站对于同步观测两颗GPS卫星的方向矢量值之差可以表示为：
[，，]=[-，-，-] （4）
VP表示观测噪声。等式（1）的未知参数包括[，，]和双差整周模糊度，求解等式（1）关键是初始值的确定，这方面的内容在许多资料中均有出现[6]，初始值的确定以后就可以实现载波相位差分定位。
2 测区概况
嘉陵江凤仪枢纽工程位于南充市境内，是嘉陵江干流广元至重庆段十六级开发方案中的第十级。上游与已建成的马回枢纽相接，下游与小龙门梯级衔接，是航电结合的综合利用工程。
测区属川中丘陵地区，位于“嘉陵曲流甲天下”的嘉陵江中游，地表破碎，地形起伏大，植被覆盖率高，支流众多且狭长，测区范围从江凌坝下游冯家湾起点海拔约267 m至淹没后高程加10 m的高程296 m。外业施工期又正值冬春季多雾季节，作业难度较大。
3 精度检验
3.1 基础控制资料
平面坐标系统采用1954年北京坐标系。平面控制点有D级GPS01、GPS03、GPS05、GPS06等共8个点。一级导线点有I05、I06、I07、I11等共34个点。成果为某甲级测绘资质单位施测。
高程系统采用1956年黄海高程系。高程为该单位施测的四等三角高程成果共15个点，等外水准三角高程成果19个点，实地保存较为完好，均可利用。
3.2 坐标转换参数确定
（1）收集、整理转换区域内8个D级重合点的WGS84坐标和1954北京坐标系坐标。
（2）经过图形分析和优化设计选择，最终选取分布在测区四周的GPS01、GPS03、GPS05、GPS06四个点的坐标值计算坐标转换参数。
（3）由于重合点数据较多，经研究选用七参数转换法求解转换参数，转换数学模型采用目前通用的布尔莎模型[7]：[MS1]。
=K + +
（4）先将控制点的WGS84坐标转换成空间直角坐标系。
（5）根据确定的转换方法和转换模型利用最小二乘法初步计算转换参数。
（6）分析了重合点坐标转换残差，没有出现残差大于2倍残差中误差的重合点，说明转换参数精度满足要求。
（7）把确定的坐标转换参数输入仪器手簿中。
（8）平面和高程控制测量严格按照规范要求进行仪器操作和数据采集。
3.3 测绘成果及精度统计
运用RTK技术，按照一级控制点的操作要求进行数据采集，我们重新测定了所有一级导线点的坐标。
（1）对测绘数据进行精度统计，结果如表1。
由表1中数据可以看出，点位中误差f为±0.030 m小于规范的±0.050 m，边长相对中误差k为1/22560小于规范的1/20000，大地高中误差±0.028 m小于规范的±0.030 m，说明数据成果质量满足规范要求，内符合精度良好。
（2）将测绘数据与生产单位提供坐标进行比较。
本文中计算两个高程中误差来衡量RTK高程测量精度，一个是利用15个四等水准点数据作为真值的高程中误差Mh1求解；另一个是19个等外水准点数据作为真值的高程中误差Mh2如表2。
从表中数据可以看出，GPS RTK一级控制点测量精度与一级导线点常规控制测量的精度符合情况：平面精度非常高，高程精度差异相对较大，从Mh1和Mh2的数值可以看出，GPS RTK测定的高程在测区还不能达到四等水准测量精度，但是基本可以达到等外水准测量的精度。
4 结语
在丘陵地区的水电工程开发中，用GPS RTK控制测量代替常规导线测量，在精度上是完全可行的，同时利用GPS RTK控制测量可以跟碎部测量同步进行，可以提高效率，降低成本；克服外业方面的“通视条件”、“测站测定”等方面的限制；所以它在水利电航工程中的河道整治规划、水库可研、灌区治理、淹没区土地征收等方面的测量和工程放样中很有实用价值。特别是在一些地形条件复杂的地区，过水的河道、不通视的线路等都非常方便操作，GPS RTK在控制测量中更显出无比的优势。
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，在水利水电中更显得突出，有时会出现无法正常作业的情况，这些缺陷将会随着工程网络RTK、多卫星导航系统等新技术的出现得到解决。
参考文献
[1] 马艳艳.全球定位系统（GPS）技术在水利工程中的应用[J].山东水利，2009（12）：15.
[2] 邓程文.GPS-RTK技术在水利工程测量中的应用[J].中国新技术新产品，2011（3）：101.
[3] 薛广鹏.RTK技术在水利工程断面测绘中的应用[J].四川建材，2010（5）：110-111.
[4] 王长江.GPS-RTK在杭州湾大桥桩基础施工测量中应用[J].石家庄铁道学院学报，2005，18（B6）：72-74.
[5] 陈树新，王永生.利用Kalman滤波实现快速GPS整周模糊度确定的研究[J].遥控遥测，2001，22（5）：8-13.
[6] Teunissen P J G.Least-squares estimation of the GPS ambiguity[A].Invited lecture，Section IV theory and methodology，IAG general Meeting.Beijing.1993，8.
[7] 徐绍铨.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2007：12.