浅谈RTK技术在小型水利工程中的应用

摘要:随着科技的不断进步，全球卫星定位系统GPS在测量领域不断得到发展，特别是近几年RTK性能的不短完善，RTK更是得到大家的亲赖。它操作简单，精度高，也让大家确实减少了不少工作量，提高了效益。RTK技术进行控制测量改变了传统的从高级到低级的作业方式，可以直接在首级控制点下直接步设图根点，误差无积累。

关键词:GPS；RTK；精度；水利工程：

中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：

一、GPS基本概念：

GPS的定位原理就是利用空间分布的卫星（21颗工作卫星+3颗备用卫星）以及卫星与地面点的距离交会得出地面点的位置，亦即空间的距离交会原理。其定位方法按照参考点的位置不同可分为绝对定位和相对定位。

GPS绝对定位又叫单点定位，即以GPS卫星和用户接收机天线在WGS-84坐标系中相对于坐标原点（地球质心）的绝对位置。根据用户接收机天线所处的状态不同，分为静态绝对定位和动态绝对定位。静态绝对定位的精度为米级，主要用于大地测量；而动态绝对定位的精度为10～40m，只能用于一般性的导航定位中。GPS相对定位是用两台GPS分别安置在基线的两端，同步观测相同的卫星，通过两测站同步采集GPS数据，经过数据处理以确定基线两端点的相对位置（或基线向量）。根据定位过程中接收机天线所处的状态不同，GPS相对定位分为静态相对定位和动态相对定位。静态相对定位也就是我们常说的GPS静态测量，它是通过接收机长时间连续观测获得充分的多余观测数据，解算基线向量，求得控制点的坐标值。

动态相对定位也称为差分GPS定位，按照提供修正数据的基准站的数量不同，可分为单基准站差分和多基准站差分，单基准站差分根据基准站所发送的修正数据的类型不同又分为位置差分、伪距差分、载波相位差分。载波相位差分又称RTK技术，通过对两测站的载波相位观测值进行实时处理，可以实时提供厘米级精度的三维坐标。

二、RTK的技术原理与误差：

载波相位差分的基本原理是：由基准站通过数据链实时地将其载波相位观测量及基准站坐标信息一同发送到用户站（移动站），并与用户站（移动站）的载波相位观测量进行差分处理，实时地给出用户站（移动站）的精确坐标。

与RTK定位有关的误差：

①与无线数据链有关的误差

由于实施动态差分GPS定位技术的便携电台多为直接传输超高频（UHF）电台，在传输信道内部噪声及其造成的符号间干扰，不可避免地会产生错差，使得RTK流动接收机接收误码的信息，影响RTK定位结果的正确性。这类误差可归纳为：1）差分信息调制误差；2）差分信息调解误差；3）外界环境干扰影响。以上因素可通过选择或调整调制解调器相关参数，将误码率控制在最小范围之内，甚至可将误差控制在10-9数量级。

②与流动站及其观测作业有关的误差RTK动态作业时载体瞬时姿态改正精度是一项重要的误差来源。进行动态观测作业时，在待定点P上无法实时确定天线动态瞬时姿态。

如图所示，地面坡度或天线对中杆倾斜姿态角使P点铅垂方向A偏移B，即引起平面和高程误差，如果姿态改正分别为P和h,很小时,可按下图例出两项误差改正模型:P=h0•sin

h=h1+h2=h0(sec-1)+h2

式中P---姿态角即坡度引起的平面误差;

h---姿态角即坡度引起的高程误差.

当取h0≤2m、≤5°时，姿态角引起的平面误差P如下表：

从表中可以看出，姿态角引起的平面误差P随姿态角和天线高度的增大而迅速增加。实际RTK作业时，应尽量在待定点上以静态或准动态方式置平对中和确定控制天线高度在1.5m以下。那么这项误差可望控制在±1cm左右。

一般来自地面本身的不规则起伏应在3cm以内，当取h0≤2m、≤5°、h2=0.030m时，姿态角引起的高程误差h

如下表：

从表中可以看出，姿态角引起的高程误差h主要受来自地表本身的不规则起伏变化影响。实际RTK作业时，应尽量在待定点上以静态或准动态方式置平对中和确定控制天线高度在1.5m以下。那么这项误差可望控制在1cm左右。

三、实际应用例子

2008年6月，我单位承接江西省赣州市信丰五洋滩水电站。该工程主要任务是坝区1:500地形图0.8平方公里,库区内横断24条，库区1:5000地形图15平方公里工作量就相当的大。可当时时间很紧迫，考虑到RTK的精度为：平面精度1cm+Dppm,垂直精度2cm+Dppm，完全满足我们水利水电工程测量规范精度。于是我们决定用RTK做控制，再把大坝、库区，厂房段的地形图等工作做完。以后再做GPS静态控制测量。我们按照E等GPS网标准在枢纽部分共布设了10个（编号分别为:N017，N019，N03，N012，N014，N015N090，N010，N013）控制点。结构示意图分别如下：

GPS网有23条基线，平均边长1900.544m，最长基线边为5692.252m(N012—N017),最短基线边为186.585m(N015—N003)；二维平差后基线向量相对精度最小为1/338596(N019—N012)，最大为1/13787(N015—N003)，大于1/40000的有2个，大于1/100000 有6个，大于1/200000的有4个，小于1/200000有11个；平差后点位中误差最大MP=0.0415m(N013)，最小MP=0.0205m?(N019)。成果满足要求。

①加密控制

加密控制拟在GPS网控制点基础上利用经严格检验的全站仪TOPCONGTS311（其标称精度为:测角2″，测距2+2×10－6mm）和NIKONDTM430E（其标称精度为:测角2″，测距3+2×10－6mm）布设1~2个点的支导线。支导线水平角全部利用全站仪观测一测回，垂直角中丝法对向观测，边长往返观测一测回，每测回读数四次，照准目标为棱镜中心。成果满足质量要求。

②高程控制的布设

高程控制在测区内已有二等水准点和四等水准点之间沿桃江左岸按四等水准要求布设附合水准路线。在桃江左岸的地面上的GPS点和部分支导线点联测入水准路线中，平面控制没有的地方在路线上每隔1~2公里凿刻一个水准标石。水准测量采用经严格检验的S3型自动安平水准仪SOKKIΛ CB2Ⅱ和经检验的区格式木质双面水准标尺进行观测，观测方法和限差要求及数字取位均按规范有关条款执行。附合水准路线闭合差W=0.0017m，远远小于限差要求。水准平差按测站定权和距离定权进行两次严密平差，以便检核，两次平差值较差小于2mm，成果满足质量要求。

③1:500坝区地形图测绘

坝区地形图测绘，外业数据采集设备为经严格检验的全站仪TOPCONGTS311（精度:测角2″，测距2+2×10－6mm）、NIKONDTM430E（精度:测角2″，测距3+2×10－6mm）、TOPCONGTS225（精度:测角6″，测距5+3×10－6mm）、其操作严格按照1:500数字化地形图碎部测量的技术要求执行。坝区测图长约1.5公里，平均宽约0.5公里，面积约0.8平方公里，坝址处桃江两岸的山上测到山脊，冲沟底部测到正常高以上。

内业采用南方CASS6.1成图系统数字化成图，等高距为1m，成果由绘图仪打印和光盘刻录输出。

④库区上游纵横断面图测绘

河道纵断面从信丰县到王母渡镇长约50公里，河道横断面从信丰县到小五洋间隔600~800米一个，每个坝址下游围水测3个断面，王母渡加测一个断面，共计25个横断面。每个横断面两岸测到正常高以上。

⑤1:5000库区地形图测绘

库区地形图测绘，外业数据采用纵横断面与航片调绘相结合的方法。内业采用南方CASS5.1成图系统数字化成图，成果由绘图仪打印和光盘刻录输出。

四、结束语

通过多年的实际操作与运用，本文笔者得出结论:

1.RTK技术测量在小水利工程中不仅能做碎部点测量、施工放样、库区高程测量，而且能做控制测量。

2.但是在做控制测量时，一定要用对点器对中整平并且要选择好的时段，力求在固定解的误差最小时采集数据。

参考文献

[1]《GPS测量技术》黄河水利出版社周立主

[2]《水利水电工程测量规范》SL197-97

[3] 《 GPSRTK技术的测量精度探讨》