水利工程测绘中GPS—RTK技术的应用研究

梁永欢

摘要：随着科技的进步，我国国民经济的发展，这就对勘测工作提出了更高的要求。本文简要说明GPS-RTK技术原理与构成的基础上，介绍该技术在水利测绘领域中的应用，并结合实例总结其使用过程中的优缺点。因地制宜，在水利工程建设和管理工作中，如何更好地发挥新技术的作用，是每个测绘工作者努力的方向。

关键词：GPS-RTK；水利工程；测绘技术应用；精度；应对措施

1 GPS-RTK技術的由来

GPS是Global Positioning System（全球定位系统）的简称，它是由美国陆海空三军在20世纪70年代联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。应用GPS（全球定位系统）实施动态定位技术，即RTK（Real Time Kinematic）技术。常规的GPS测量方法，如：静态、快速静态、动态测量均需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK技术是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法。它是GPS应用的重大里程碑，它的出现极大地提高了工程放样、地形测图，各种控制测量的外业作业效率。

2 GPS-RTK技术的优势

1）利用GPS（RTK）技术进行水利工程测量，可以提供快速和高精度的实时三维坐标数据，受约束少，节省大量测量时问，实现了效率化、自动化、智能化。

2）高精度的测量成果，保障了水利工程的安全性，让水利工程更好地发挥应有作用，为我国的经济发展做贡献。

3）GPS技术与全站仪等仪器可以联合作业，发挥各自优势，更快更好地做好水利工程前期测绘工作。

3 GPS-RTK技术远景

GPS在水利工程中的应用，对水利工程勘测手段和作业方法产生了革命性的变革，极大地提高了测量精度与测量效率，特别是实时动态（RTK）定位技术将会在水利工程前期勘测、水利工程的施工以及后期的管理工作发挥不可或缺的作用。

4 GPS-RTK技术原理与构成

RTK实时动态定位技术，是一项以载波相位观测为基础的实时差分GPS测量技术，是利用两台或两台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在已知坐标点上作为基站，其它作为移动站。在RTK作业模式下，基站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给移动站。移动站不仅通过数据链接收来自基站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出毫米级的定位结果。移动站可在静态或者动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周未知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理。只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，移动站可随时给出毫米级定位结果。RTK测量系统主要由三部分构成：GPS接收设备、数据传输系统和软件系统。

5测绘新技术在水利工程中的应用

GPS-RTK技术具有定位精度高，实时定位速度快，提供三维坐标，操作简便，全天候作业及全球地面连续覆盖等特点，在现代化水利测绘方面得到广泛应用。在测量工程中，常规的导线测量的控制方式慢慢被淘汰，利用RTK技术控制网测量和部分碎部测量得到应用。其基本优点为首先是高精度，其次观测时间短，应用RTK测量时，当每个流动站与基准站相距在15 km以内时，流动站观测时间每站观测仅需几秒钟。在水利工程测量过程中，采取RTK点放样和线路放样，采用点放样时，首先将放样点坐标和静态网中的坐标转换参数一起上传到GPS流动站中，然后根据所放点标识进行实地放样。进行线路放样时首先在室内根据线路中心线的弯道元素编制线路中心线文件，将该文件和坐标转换参数上传到GPS流动站接收机，在实地依桩号和所放点与中心线的关系进行现场放样。GPS测量资料与水准测量资料相结合来确定区域性大地水准面的高程是一种有效的方法。这种方法要求GPS观测点具有水准测量资料且密度适当，分布比较均匀。利用高精度GPS定位技术精密确定观测点的大地高程差，并根据建立的适当大地水准面数学模型，内插出计算点的高程异常或异常差，从而得出特定点的正常高。利用RTK技术进行纵、横断面测量，形数据点的采集工作，大大提高了作业质量和生产效率。

6 GPS-RTK技术应用实例

1）工程概述。某河道上兴建一大型拦河挡潮闸，为了结合水闸平面布置、轴线比较及水利模型试验工作，需要进行水下地形测量。水下地形测量范围由水闸轴线上轴线方案上游5 km至下轴线方案下游l km范围，整个测区视野开阔，河道水面最宽约250 m。本工程测量采用

GPS-RTK技术作业，使用Trimble 5？700 GPS系统，应用其电子手簿TSC1进行数据处理。

2）测量前电子手簿TSC1的操作准备。使用TSC1首先建立新的工作项目，项目名称为“某拦河挡潮闸工程”。考虑本工程测量采用的坐标系统，操作时直接从资料库中的其他工作项目中选择采用相同坐标系统的项目拷贝出来，这样可以免去输人与转换的麻烦。拷贝坐标系统成功后对工程项目的系统单位、系统时间，日期分别进行配置。

设置RTK基准站。选择在上空开阔、无遮挡的点，并且能够看到周围沿地平线高度角130以上的全部天空作为基准站建站位置。基准站定位后，在点位上对中整平，连接5？700 GPS，连接接收机电源，同时将TSC1电子控制器连接到GPS接收机。再将外接电台的天线和延长杆安装在比较高的固定位置，连接电台天线和电台，连接电台和GPS接收机，连接电台电源。启动基准站接收机并设置好基准站。

设置RTK流动站。将5？700 GPS安装在背包里，电台天线安装在背包上，GPS天线用延长杆安装在背包上，测量人员手持TSC1作业，连接各种天线。启动RTK流动站，初始化完成后即可进行测量。

3）测深仪器的选择。由于本工程水域面积较大、水深较深、流速较快，采用传统的测深杆、测深绳测量水深，精度较低，费工费时，故选用回声测深仪进行测量。测深点平面定位与水深测量同步进行。开展测量前对测深仪在测区内进行声速测定，通过测点处实际水深与校正测深仪测深值的比较，校正测深仪声速，保证水深值的正确性。

4）外业测量。采用Trimble 5？700 GPS自动采集水下地形点的平面坐标及高程，测量过程中实时传输RTK作业数据，使测深仪数据与GPS同步自动记录。

5）内业处理。外业工作结束后，利用计算机对外业数据进行分析及整理，并通过数字化成图软件成图输入。测量过程中由于使用了RTK技术，无须进行复杂的观测和内插。

7结束语

GPS-RTK技术以其实时、高效等优点，已在水利测绘领域得到了广泛的应用，但是其本身仍存在一些缺点，作业时如果操作失误或某些技术问题处理不当，都会给测量成果带来严重影响。结合GPS-KTK技术在水利工程测绘中的实际应用，对其优缺点及影响精度的因素进行了分析并提出了相应措施。

参考文献：

[1]李纪人，等.GPS技术水利应用指南[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

（作者单位：河北省水利水电勘测设计研究院）