GPS网络RTK配合全站仪联合测量在无锡市供水管网信息系统中的应用

【摘 要】在无锡市供水管网信息系统的组建过程中，利用GPS-RTK配合全站仪进行联合测量，有效提高了工作效率和测量精度。随着GPS技术的发展，网络RTK由于方便快捷且精度可靠，明显降低了劳动强度，大大提高了工作效率和测量精度，从而得到了非常广泛的应用。

【关键词】GPS网络RTK；全站仪；联合测量；管网信息系统

前言

为满足城市供水管线的管理和发展，无锡市自来水总公司从2005年开始对整个城市的供水管道进行三维数据采集并建立数据库，组建无锡市供水管网信息系统。

1 概况

无锡市供水管网信息系统的组建由自来水总公司管网管理办公室统一负责。供水管网施测范围包括7个区、33个镇。在管线测量中，由于GPS-RTK和全站仪各有优缺点，因此将这两种仪器配合使用，有效提高了测量工作的效率。从2008年开始，随着网络RTK技术的快速发展，由于其方便快捷且精度可靠，逐渐取代了传统RTK技术。在测量过程中GPS网络RTK采用了江苏省CORS系统和南方测绘灵锐S86 RTK定位仪。全站仪使用拓普康系列全站仪。

2 管网信息系统的作业流程

管网信息系统的外业工作主要由两部分组成。一是对原有管道的勘探和测量，二是对新建管道的竣工测量。测量内容包括各种特征点（供水管道上的三通、四通、拐点、变坡点、变径点）及附属物（阀门、水表、消防栓、泄气、泄水）。对供水管线的平面位置、走向、埋深、地面标高、管径、材质等属性均需进行详细记录。

内业工作主要是对野外普查资料进行计算处理，编制管道工程特性表，再通过MAPGIS管网信息系统自动读取，最终建立供水管网图形及属性数据库。

3 GPS-RTK和全站仪的优缺点和适用范围

GPS-RTK相比传统仪器测量有以下优点：（1）可以实现全天候连续测量；（2）定位精度高，功能强，误差不传递；（3）自动化程度高，操作简便；（4）经济效率高，观测不需通视，可以节省大量人力物力；（5）可以实时知道点位误差，便于数据采集。

但是GPS测量也有其局限性，由于卫星的截止高度角必须大于13～15°，因此在高大建筑物或树木下面，GPS接收的卫星信号就会被阻挡或削弱，GPS接收机的定位效果和可靠性也会受到很大的影响。

全站仪抗干扰能力强、测量速度快、精度高，缺点是必须通视，需要投入较多的人力物力建立图根控制网。

因此，在四周空旷、无遮挡物的地区，可以直接用GPS-RTK进行管位测量；而在高楼林立、遮挡物多的地区，则可以先用GPS-RTK进行图根控制测量，然后再用全站仪进行管位测量。

4 GPS网络RTK在测量中的巨大优势

GPS网络RTK是在GNSS连续运行参考站模式下进行的基于载波相位观测值的实时动态差分定位技术。相对于传统RTK，网络RTK具有以下优势：

（1）拓展了流动站到参考站之间的作业距离。传统RTK基准站到流动站的距离一般为3～5km，最大不超过15km，且超过5km信号就不太稳定，精度较差；网络RTK的作业距离可达70km，且信号稳定，精度较好。

（2）减少了测量误差。传统RTK的误差会随着作业距离的加大而加大，而网络RTK的误差则比较稳定。传统RTK每次测量都必须架站，而网络RTK则不需要架站，这样就避免了架站过程中产生的误差。

（3）明显降低了劳动强度。传统RTK每次都必须架设基准站，而城市控制点大都设置在高层建筑的顶部，为了加大作业距离，还必须架设大功率电台，这样就需要测量人员背着笨重的仪器和大功率电瓶爬上爬下，劳动强度较大。而网络RTK只是在进行参数计算和点位校正时需要架站，以后只需要直接套用原有参数就可以了，不需要重新架站，劳动强度明显降低。

（4）大大提高了工作效率。传统RTK采用1+1模式，需要两台仪器，而网络RTK由于不需要架站，仅需要一台仪器，这样原来一个作业小组现在就可以变成两个小组，大大提高了工作效率。

5 GPS网络RTK的操作过程

（1）控制区域的划分。由于测量范围较大，为了减少转换参数带来的误差，必须分成不同的控制区域进行转换。在实际作业中，基本是按照行政区划和区域面积综合考虑的，比如行政区域面积较小的，可以把两个区并成一个控制区域，而行政区域面积过大的，也可以把它分成两个控制区域。

（2）七参数转换。每个控制区域的转换参数是不一样的，因此必须分别进行转换。计算七参数时要求必须有三个以上已知控制点。首先要获取控制点的WGS84坐标，有两种方法可以获取：布设静态控制网或者通过RTK直接获取。然后根据控制点的WGS84坐标和已知地方坐标进行转换。

（3）点位校正。由于实际测量时读取的WGS84经纬度坐标和用来计算转换参数的WGS84经纬度坐标有一个固定偏差，因此必须在其中一个控制点上进行点位校正，计算校正参数。由于网络RTK不需要架站，因此校正参数只需要计算一次，以后在这个控制区域直接套用就可以了。

6 应用实例

首先根据地形图将无锡市区划分为北塘和崇安，南长和雪浪，梅园和阳山，马山，惠山，锡山，新区共计七个控制区域。下面以新区为例说明网络RTK的测量方法。

（1）控制点的选择。原则是控制点应尽量覆盖控制区域，实际采用了牌楼下、厚桥中学、甘露、大新化工厂、后宅共计五个四等GPS控制点。

（2）七参数转换。控制点的WGS84坐标和北京54坐标均由无锡测绘院提供，然后通过南方测绘提供的工程之星软件进行七参数转换，误差均符合要求。七参数转换后，就得到了北京54坐标。

（3）投影参数设置和点位校正。由于无锡地方坐标和北京54坐标之间有一定偏差，因此通过投影参数设置和点位校正，来取得无锡地方坐标，并消除WGS84经纬度坐标读取的偏差。椭球系采用北京54，中央子午线为120，X常数为-3450000，Y常数为50000。由于大新化工厂基本位于整个控制区域的中心位置，所以在这个控制点上架设仪器进行点位校正。经过点位校正，就可以得到准确的无锡地方坐标。将所有的参数保存在新区工程中。

（4）坐标测量。利用工程之星软件新建一个工程，然后直接套用保存好的新区工程参数，就可以直接对这个新建工程进行测量了。

（5）测量精度。经过校核，网络RTK的实测精度达到平面3cm，高程5cm，能够满足管线测量的要求。

7 结语

综上所述，采用GPS网络RTK和全站仪联合进行测量，不仅可以减少作业人员和作业工序，而且可以提高数据采集的速度和质量，从而明显降低了劳动强度，大大提高了工作效率和测量精度，得到了越来越广泛的应用。

参考文献：

[1]《全球卫星定位系统城市测量技术规程》（CJJ73）.

[2]建设部1988年颁布的《城市测量规范》（CJJ-85）.

[3]《无锡市自来水总公司竣工资料数据规范（试行）》.

[4]《南方测绘工程之星2.0用户手册》.