梁 平

(廣西南寧水利電力設(shè)計院 南寧 530001)

1 RTK測量原理

RTK(Real-Time-Kinematic)技術(shù)是GPS實時載波相位差分的簡稱。這是一種將GPS與數(shù)傳輸技術(shù)相結(jié)合,實時解算進行數(shù)據(jù)處理,在非常短的時間里得到高精度位置信息的技術(shù)。RTK的工作原理是將一臺接收機置于基準(zhǔn)站上,另一臺或幾臺接收機置于載體 (稱為流動站)上,基準(zhǔn)站和流動站同時接收同一時間相同GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號,用基準(zhǔn)站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較,得到GPS差分改正值。然后將這個改正值及時地通過無線電數(shù)據(jù)鏈電臺傳遞給共視衛(wèi)星的流動站以精化其GPS觀測值,得到經(jīng)差分改正后流動站較準(zhǔn)確的實時位置。精密GPS定位都采用相對技術(shù)。以采用值的類型為依據(jù)可分為4類:

(1)實時差分GPS,精度1m～3m;

(2)廣域?qū)崟r差分GPS,精度1m～2m;

(3)精密時差分GPS,精度1cm～5cm;

(4)實時精密時差分GPS,精度1cm～3cm;

差分的數(shù)據(jù)類型有偽距差分、坐標(biāo)差分和相位差分三類,前兩類定位誤差的相關(guān)性,會隨基準(zhǔn)站與流動站的空間距離的增加迅速降低。故RTK采用第三種方法。

RTK的觀測模型為:

其中:

Φ——為相位測量值,單位為m;

ρ—— 為星站間的幾何距離;

c—— 為光速;

d T—— 接收機鐘差;

d t—— 衛(wèi)星鐘差;

λ——為載波相位波長;

N——為整周未知數(shù);

ε(Φ)—— 為觀測噪聲。

因軌道誤差、鐘差、電離層折射及對流層折射影響難于精確模型化,所以,在實際的數(shù)據(jù)處理中常用雙差觀測值方程來解算,在定位前需先確定整周未知數(shù),這一過程稱為動態(tài)定位的 “初始化”(On The Fly即OTF)。實現(xiàn)OTF的方法有很多種,徠卡GPS1200使用了SmartCheck技術(shù)確保了RTK的優(yōu)越性能:快;準(zhǔn);遠。典型的初始化時間為8s,衛(wèi)星失鎖后的重捕衛(wèi)星及初始化時間為12s;模糊度解算采用檢核,每4s檢核一次,使得RTK的可靠性在30km內(nèi)達到99.99%。作業(yè)距離半徑達30km以上。GPS1200 RTK技術(shù)系統(tǒng)配置包括以下三部分:①基準(zhǔn)站接收機;②移動站接收機;③數(shù)據(jù)鏈。通過數(shù)據(jù)鏈將基準(zhǔn)站的載波相位修正值發(fā)送給移動站,改正移動站接受到的載波相位,求解移動站坐標(biāo)。

2 工程概況

貴江水電站壩址位于廣西河池市南丹縣里湖鄉(xiāng)貴江村更坡屯附近,是龍江干流廣西境內(nèi)的第一個梯級電站,其地理位置為東經(jīng) 101°44′25″,北緯25°13′12″,電站距里湖鄉(xiāng)政府所在地約16km, 距南丹縣城46km。貴江水電站是一座壩后式水電站,樞紐由攔河閘壩、發(fā)電進水口、電站廠房、進庫公路和升壓站等組成,攔河壩位于龍江中上游打狗河段,廠房位于打狗河右岸,是一座以發(fā)電為主,兼有旅游、農(nóng)田灌溉等功能的水利工程。地質(zhì)勘察地形測量是水電站工程重要的前期工作。

3 外業(yè)施測

首先建立WGS-84坐標(biāo)系與地方坐標(biāo)系的聯(lián)系,以便順利實現(xiàn)坐標(biāo)校準(zhǔn)工作,同時也就獲得了初始整周未知數(shù)。

通過觀測測區(qū)控制點 (至少觀測三個已知點)轉(zhuǎn)換到地方坐標(biāo)系的工作文件,在確定坐標(biāo)系的過程中,地方坐標(biāo)系可以是國家坐標(biāo)系,也可以是用戶自定義的坐標(biāo)系。鉆孔放樣就是要求通過儀器把地質(zhì)人員在地形圖上設(shè)計好的孔位在實地給標(biāo)定出來,過去采用的常規(guī)放樣方法很多,如經(jīng)緯儀交會放樣、全站儀的邊角放樣等等,一般要放樣出一個設(shè)計點位時,往往需要左右前后移動目標(biāo),而且要至少2人以上配合操作。同時在放樣過程中還要求放樣點與測站通視情況良好,如果放樣中遇到困難還要借助于其他方法才能實現(xiàn),在生產(chǎn)應(yīng)用上效率不是很高。

采用RTK技術(shù)放樣,把鉆孔的點位坐標(biāo)輸入到電子手簿中,手簿屏幕的箭頭指出放樣點的方位,既迅速又方便,由于RTK是通過坐標(biāo)來直接放樣的,沒有累積誤差,因而在外業(yè)放樣中效率會大大提高,且只需一個人操作。以下是采用徠卡1230RTK進行外業(yè)放樣的步驟:

(1)站的架設(shè):應(yīng)將基準(zhǔn)站架設(shè)在較為開闊的地方。

(2)建立新工程:開啟移動站主機,待衛(wèi)星信號穩(wěn)定并達到5顆以上衛(wèi)星時,點擊SmartWork,連接成功后設(shè)置相關(guān)參數(shù):工程名稱、橢球系名稱、投影參數(shù)設(shè)置、參數(shù)設(shè)置 (未啟用可以不選),最后確定,工程新建完畢。

表1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換殘差表

表2 放樣點設(shè)計坐標(biāo)表

表3 點位放樣設(shè)計值與實測值對比表

(3)測量已知點:先精確采集貴江水電站壩區(qū)控制點GJ3、GJ8、GJ9。通過經(jīng)典三維法確定坐標(biāo)系檢查殘差表如表1,符合精密時差分GPS的精度。

(4)輸入放樣點:我們可以在新建工程增加輸入放樣點,也可以事先編輯好放樣點文件,也可以編輯改變同一個放樣點操作,該方法可以減少占用內(nèi)存。本次工程點的設(shè)計坐標(biāo)值見表2。

(5)點位放樣設(shè)計值與實測值比較見表3。

根據(jù)《工程測量規(guī)范》點位誤差＜5cm,RTK測量結(jié)果的點位精度滿足要求。需要指出的是各點位之間不存在誤差累積,克服了傳統(tǒng)測量技術(shù)的弊端,完全能滿足點的測設(shè)精度要求。

4 結(jié)束語

應(yīng)用RTK技術(shù),使得測量放樣的精度、工作效率和實時性達到理想的結(jié)合。隨著數(shù)據(jù)整周模糊度的快速解算和數(shù)據(jù)鏈的傳送技術(shù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)的穩(wěn)健性,抗干擾性和軟件水平的提高,以及傳輸距離的增加,GPS RTK技術(shù)己經(jīng)在測量和工程界產(chǎn)生了重大變革,帶來了空前的高效率。RTK在實際測量過程中有很多優(yōu)越的方面,同時也有些技術(shù)限制,只有了解了它的劣勢所在,才能避其利害,把有益于實際生產(chǎn)的技術(shù)帶到工程應(yīng)用中來。

1 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范.2001.

2 張正祿.工程測量學(xué)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2002.

3 詹長根.地籍測量學(xué)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2001.

4 徐紹銓,張華海,楊志強,王澤民.GPS測量原理及應(yīng)用[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2003.

5 魏二虎,黃勁松.GPS測量操作與數(shù)據(jù)處理.武漢:武漢大學(xué)出版社,2004,6.

6 洪大永.全球定位系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用.廈門:廈門大學(xué)出版社.1998,7.