GPSRTK技术在水利水电工程测量中应用

GPSRTK技术在水利水电工程测量中应用

王海燕

吉林省吉林市永吉县口前镇中水一局第二分局工程管理部

摘要：GPSRTK可以实现控制测量、碎部测量、工程放样和数字化成图等测绘工作一步到位，本文主要阐述GPSRTK技术在水利水电工程测量中的应用。

关键词：GPSRTK；水利水电工程；测量；应用

1．概述

随着科学技术的发展进步，GPSRTK技术逐步在水利水电工程测量中得到广泛应用。

GPS提供了全天候、高精度、高效率的测量方法，但也有它的不足之处，如作业时间长，数据需要进行内业处理等。

GPSRTK（RealTimeKinematic）不仅具有GPS原有的全天候、高精度、高效率、无需光学通视的特点，还弥补GPS的不足，可以为测量提供实时的定位结果，有“GPS全站仪”之美誉，是测量史上一次变革。

1.1GPS技术

GPS即为全球定位系统的简称，它是一套利用美国GPS卫星导航系统进行全天候、全方位的测量定位设备。根据GPS提供的坐标或坐标演变量精度和方式的不同，可以分为毫米级、厘米级、静态、动态后处理、RTK（实时动态）、RTD（实时养分）等几种设备分类和测量方式。

1.2GPSRTK技术

RTK技术是使用更高速、更小型的计算机，并将其装入GPS接收机内，在外作业时可以即时提供厘米级定位解，在进行动态测量时，基准站将已知GPS坐标和观测数据实时用电台传给流动站，在流动站实时进行养分处理，得到基准站和流动站坐标差，坐标差加上基准站坐标得到流动站每点坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标和海拔高。

2．GPSRTK技术特点

2.1全数字地形测量基本特点

地形测量包括控制测量和地物、地貌测绘两大内容。传统地形测量方法具有成图周期长，精度低，劳动强度大等局限，已逐渐被淘汰，而全数字地形测图顺应现代测绘技术新潮流，利用先进的测量仪器，如GPS接收机、电子全站仪和自动化成图软件，采用各种灵活的定位方法进行的以数字信息表示地图工作，它的成果为模型式的数字图。

2.2GPSRTK技术特点

一、打破了内外业界线，减少测量工作流程，从首级控制到最终成图，实行一体化作业，并且大大减轻了室外作业的强度，缩短了成图周期。

二、打破了分级布网，逐级控制的原则，简化控制测量繁琐的工作，一个测区可以一次性整体布网，整体平差，控制网可以任意混合，所需控制点数目比传统白纸测图大大减少，图根控制的加密可与碎部测量同时进行，

三、数据打住时无需画草图，碎部点的记录要求具有特定格式，这种格式存储有点名，编码，能被数字测图软件所识别，在进行图形编辑时能很好地处理。

四、碎部量测时不受图同边界限制，外业可不分幅作业，由内业成图时自动进行分幅与接连处理。

五、测量数据精度高，GPS不仅能够达到1：500图根控制测量的点位和高程精度要求，而且误差分布均匀，不存在误差积累问题，完全可以满足大比例尺测图的需要。

六、RTK控制测量操作简便，机动性强，不但可以大幅度提高测量速度，而且能够有效减轻作业人员劳动强度，尤其在通视困难地区更具优势，为了得到高精度测量数据，必须求出适合于本地区的坐标系转换参数和水准面模型转换参数，根据四等及其以下各级控制测量与1：500图根控制测量对于精度要求的相似性以及本工程对于原有GPS点的检测结果，可以说明RTK同样适用于四等及其以下的各级控制测量。

七、可以利用RTK随机软件中放样功能准确进行点、直线、曲线等测量施工放样。

3.GPSRTK测量模式

3.1快速静态定位模式

测量过程中要求GPS接收机在每一流动站，静止地进行观测。在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标，如果解算结果变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以结束实时观测。一般应用在控制测量中，如控制网加密；采用常规测量方法，受客观因素影响较大，在自然条件比较恶劣的地区实施较困难，而采用RTK快速静态测量，可起到事半功倍效果。单点定位只需要5-10min（随技术不断发展，定位时间还会更短），不及静态测量所需时间的1/5，在工程测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。

3.2动态定位

测量前需要在一控制点上静止观测数分钟（有的仪器只需要观测2s~10s）进行初始化工作，之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时确定采样点空间位置，目前其定位精度可以达到厘米级。动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景，可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面测量测量等工作。测量2s~4s，精度就可以达到1cm~3cm，且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器不可比拟优点。

4.在水利水电工程测量中应用

4.1在控制测量中应用

在高精度控制测量中，依然使用高精度GPS静态测量方法，在一些图根控制和精度要求不是很高的控制测量中，应用RTK技术只需要作业人员在点位上测量几秒钟，就可以实时得到定位结果，大大提高了作业率。

使用RTK作测区控制，由于缺少检查条件，为了保证作业精度，可以采用两个方法来解决：（1）用同一个基准站把所有点位测量两次，比较两次差值；（2）用两个不同基准站将所有点位分别测量一次，比较两次差值。

用两个不同基准站进行RTK测量时，如果基准站坐标精度不是很高，比较的差值可能比较大，且会体现出一种系统性，因为基准站的已知点误差在RTK测量中消除，并且会作为固定误差存在下来，这样比较的差值里面就包括已知点误差和测量误差两部分。而用同测站测量两次，只含测量误差，比较差值就很小。

4.2在地形测量中应用（碎部测量）

水利水电工程多为多山地形，植被复杂，测量工作难度大，传统全站仪采集数据，在人力和物力上投入较大，测量周期较长，使用RTK实时动态在很大程度上缓解了这一问题。

直接用RTK测图，可以不布设控制点，改变了传统的“先控制、再测图”做法，仅需一定数量的基准点，就可以高精度并快速地测定地形点、地物点三维坐标，动态测量中一台做电台主机，则另外3台可作为流动RTK每人只需携带一台流动站即可完成两个人使用全站仪的工作，比使用全站仪节省一半的人力。全站仪可视性的局限，在山区测量时全站仪一般都要搬运好几次才能完成一小部分任务，此过程中产生的误差也会增大，而RTK则可以在不通视情况下正常工作，工作效率大大提高，高程精度也远高于全站仪，因为全站仪受棱镜杆高的影响，采集回来的数据高程精度受很大影响，在勾画等高线时往往出错，导致数据可靠性降低。RTK测量方法减少了常规测量方法的人为出错机会，避免了传统的画草图或记编码回来对照连线出错的问题。

测图步骤

（1）设主机

在地势稍高，空旷地方摆设主机，保证主机接收较多卫星，发射较强数据链信号，信号覆盖范围也较宽。主机最好设在当天计划测区中部，减少主机搬动次数，提高工作效率。

（2）设置主要参数

发射数据链信号，在主机手簿中输入GPS天线高度和主机所摆设控制点的坐标，南方灵锐系列RTK无需在主机输入参数，而在移动站中输入。

（3）安装仪器

接好GPS天线，数据链天线，装入电池，打开数据手簿，启动RTK碎部点采集程序，检查卫星个数，4颗以上才能进行测量工作，建立新文件，一般以当天日期或项目名称够命名。

（4）检测控制点坐标

利用附近已有固定控制点坐标检测仪器参数输入正确性，没有问题就可以进行碎部点采集。

（5）碎部点采集

根据RTK的工作特点，可设置移动站为按时间间隔采集，按照地形测绘工作要求，地貌、地物特征点必须测量，每一碎部点一般都以坐标形式存储在新文件里面。

测量时点和编码可以输入，利用些特点可以确定每一个碎部点的属性，数据处理时晚识别，无需画草图，工作效率大大提高。

（6）数据传输及内业处理

连接RTK手簿与计算机，设置传输参数，手簿与计算机必须一致，将RTK手簿中的工程数据文件复制到计算机硬盘，然后打开计算机中的成图软件，调入新文件中坐标数据，利用点的属性进行图形编辑，最后修整出图即可。

（7）工程中的一切技巧

在点号上加识别字，避免数据处理时忘记所测碎部点属地物，或将线形地物连错，外面测量时要无需画草图，减少图形编辑上的错误。

4.3施工放样

利用RTK随机软件中放样的功能进行点、直线、曲线放样测量。

5．GPSRTK应用于水利水电工程测量中优点

相对于常规测量来说，GPSRTK应用于水利水电工程测量中有以下优点

（1）测量精度高

GPSRTK观测精度明显高于一般常规测量，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1×10-6，在大于1000km基线上可达1×10-8。

（2）测站间无需通视

GPS测量不需要测站间相互通视，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便。

（3）观测时间短

随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对定位仅需几秒钟。

（4）仪器操作简便

GPS接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可自动进行观测和记录。

（5）全天候作业

GPS卫星数目多且分布均匀，可保证在任何时间，任何地点连续进行观测、一般不受天气状况影响。

（6）提供三维坐标

GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高程精度已可以满足四等水准测量要求。

6．结束语

RTK技术在水利水电工程测量中应用将随着科技水平发展不断进步，数字化技术在测绘工作中应用将越来越广，测绘工作一线工作技术人员，要不断学习，努力跟踪、吸收、消化新技术、将新技术、新工艺运用到实际工作中去，减少冗余观测，提高工作效率。