基于RTK技术的水利工程测量的应用与研究

摘　要：本文从GPS水利工程测量的原理及使用技巧等方面阐述了GPS在水利工程中的使用特点，通过水利工程测量的实践，总结出相关的经验，提出了水利工程中的测量技巧，便于同行工作者参考。

关键词：GPS 工程测量 数据传输
1.关于RTK的概述
　　RTK(Real Time Kinematic)技术是GPS测量技术与数据传输相结合而构成的实时定位技术，主要由两部分组成：基准站和流动站。基准站连续把观测到的卫星数据发射出去，流动站实时差分处理基准站和流动站的载波相位观测值，获取所在点的坐标、高程和精度指标，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，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、高程及精度同时记录进手簿。相对于传统GPS静态定位，其测量定位效率大大提高，并能满足一般水利工程测量的要求。
2.工程测量中的作业流程
2.1 基准站的确定
　　基准站可架设在有精确坐标的已知点上，也可架设在未知点上或任意地方。基准站安置应选择地势较高、视野开阔、电台有良好覆盖区域的地方。为防止数据链的丢失，基准站200m范围内应无高压电线、电视台、大面积水域和高功率无线发射塔。
2.2 求定测区转换参数
　　若已知坐标转换参数，则输入手薄；若无坐标转换参数，则整理测区的已知控制点资料，控制点尽可能均匀分布在测区，使其测点在已知点之内，尽可能避免从一端无限制的外推。由于RTK作业要求实时给出坐标，这使得坐标转换工作非常重要。根据实际情况，可分为两种情况求定转换参数。
2.2.1 内业求解
　　如果一个测区前期已经做过静态GPS网测量，经过平差后获得了各点的WGS-84坐标或地方坐标系下的坐标，就可以在测区内选3个以上均匀分布在测区的控制点，利用同一控制点的两种坐标在RTK手薄中求出转换参数。在工程应用中，每个点都可安置基准站。
2.2.2 外业求解
　　若测区未做过静态GPS网，也可临时求得转换参数，但不能在另一个工程中应用。首先在已知点上或任意地方架设基准站并采集单点定位WGS-84坐标，然后流动站联测3个以上的高等级GPS点或地方坐标系下的控制点，利用同一控制点的两种坐标在RTK手薄中求出转换参数。
在水利工程中的应用
3.1加密控制点
　　水利工程经常要对堤防和河道进行带状地形图和断面测量，传统测量方法用导线测量和水准测量进行控制点加密，易受很多条件制约，在精度满足设计要求的情况下用RTK代替传统测量方法可大大提高工作效率。
3.2 工程放样
　　工程放样是测量一个应用分支，它要求通过一定方法采用一定仪器把人为设计好的点位在实地标定出来，过去采用常规的放样方法很多，一般要放样出一个设计点位时，往往需要来回移动目标，而且要2～3人操作，同时在放样过程中还要求点间通视情况良好，在生产应用上效率不是很高，有时放样中遇到困难情况需借助很多方法才能解决。如果采用RTK技术放样，仅需把设计好的点位坐标输入到电子手簿中，然后仪器会提示走到要放样点的位置，既迅速又方便。由于GPS是通过坐标来直接放样的，而且精度很高、也很均匀，因而在外业放样中效率会大大提高，且只需1个人操作。
3.3 RTK水域断面测量
　　首先利用手上现有地形图对水域或河道进行断面位置的初步设计，然后到实地踏勘选定断面基点，完成基点的平面坐标以及高程的测量。将每个断面基点的三维坐标输入计算机，在专业软件的帮助下完成断面航线的定向工作，每个断面布一条航线。在外业采集数据时尽量要保证流动站和数字测深仪在同一平面位置，同时对于采样间隔也一定要保持同步。采集的过程中要进行实时抽样校验，以保证数据的准确性。最后将最终采集的数据输入计算机进行数据处理，处理时要充分考虑水深、流速以及水中悬浮物等客观不可避免的因素。
3.4 地形图测量
　　利用RTK快速定位和实时得到坐标结果的特点，可以进行地形图测量。过去测地形图时一般首先要在测区建立图根控制点，然后在图根控制点上架设全站仪或经纬仪配合小平板测图，现在发展到外业用全站仪和电子手簿配合地物编码，利用大比例尺测图软件来进行测图，甚至于发展到最近的外业电子平板测图等，都要求在测站四周采集地形地貌等碎部点，这些碎部点都必须与测站通视，而且一般要求至少2—3人操作。现在采用RTK，仅需1人背着仪器在要测的地形地貌碎部点上停顿一二秒钟，并同时输入特征编码，即可实地编绘地形图。把一个区域测完后回到室内，由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图，不要求点间通视，大大提高了工作效率。
缺陷及解决方法
4.1 受卫星状况限制
　　当卫星系统位置对美国是最佳的时候，有些国家在某一时间段不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值，在高山峡谷深处及密集森林区，城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中可作业时间受限制。这个问题可以通过星历预报，查出卫星分布图，根据卫星分布选择最佳作业时间来解决。
4.2 数据链传输受干扰
　　RTK数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径。在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。
4.3 精度和稳定性问题
　　RTK测量的精度和稳定性都不及全站仪，特别是稳定性方面，这是由于RTK较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响的缘故。因此要在布设控制点时，多布置一些“多余”控制点，作为RTK测量成果质量控制的检核点。
参考文献：
[1]刘大杰．全球定位系统(CPS)的原理与数据处理[M]．上海：同济大学出版社，l996．
[2]周忠谟，易杰军，周琪．GPS卫星测量原理与应用Ira]．北京：测绘出版社，1997．