金 星

GRPS與GPS RTK在肥東縣小水庫除險加固測量中的應用

金 星

一、引言

GPRS (GeneralPacketRadio Service)是通用分組無線業(yè)務的簡稱，是在現有GSM（Global System for Mobile communications）系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務，它充分利用了現有GSM系統(tǒng)的無線結構，在GSM無線網絡中增加數據處理單元等形成了無線系統(tǒng)上的數據業(yè)務平臺，充分體現了數據業(yè)務與無線業(yè)務的融合。GPRS允許用戶在端到端分組轉移模式下發(fā)送和接收數據，而不需要利用電路交換模式的網絡資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業(yè)務。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。其理論可達171.2kb/s，實際應用帶寬大約在10～70kb/s，具有“永遠在線”、“高速傳輸”等優(yōu)點。目前全國幾乎各城市均有GPRS網絡覆蓋，且按照流量計費，且費用低廉。利用GPRS網絡傳輸基站的數據，可以擴大測量的范圍、提高效率。

二、系統(tǒng)構成及工作原理

1.系統(tǒng)的構成及RTK的定位原理

GPS RTK系統(tǒng)是由一個基準站和若干個移動站組成?；鶞收居蒅PS天線、主機、GPRS網關服務器及系統(tǒng)管理軟件、電源等組成，移動站由GPS天線、主機、電池、GPRS無線數據終端（WDT）組成。RTK的工作原理是將一臺接收機置于基準站上，另一臺或幾臺接收機置于載體（稱為流動站）上，基準站和流動站同時接收同一時間、同一GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，基準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。然后將這個改正值通過無線電數據鏈電臺及時傳遞給共視衛(wèi)星的流動站精化其GPS觀測值，從而得到經差分改正后流動站較準確的實時位置。

2.系統(tǒng)的工作原理

GPS移動站的WDT通過GPRS網絡登錄到具有靜態(tài)IP地址的網關服務器，GPS基準站主機通過Internet和GPRS網絡實時不斷地向網關服務器輸出標準格式的差分數據系統(tǒng)管理軟件從基站服務器讀出差分數據，再通過Internet和GPRS網絡把數據發(fā)送到已登錄到基站服務器的移動站WDT，WDT把接收到的差分數據傳遞給移動站主機，移動站通過計算進行實時精確定位。

三、應用實例

2010年4 月，肥東縣實施14個小二型水庫除險加固工程測量任務。

根據安全評估報告，列入本次除險加固的水庫大多存在以下問題：

（1）水庫大壩干砌石護坡損壞，倒塌嚴重；

（2）正常溢洪道消力池沖毀，海漫、護坦未建，兩側翼墻開裂；

（3）非常溢洪道為土口；

（4）放水涵平涵開裂，進出口墻損壞嚴重，出水部分未做；

（5）大壩腳下取土坑，塌方嚴重；

（6）水庫管理房破舊，已成危房，無觀測設施，無固定電話。

為確保水庫大壩安全，提高水庫防洪能力，發(fā)揮水庫應有的效益，須對水庫進行除險加固。提供水庫樞紐工程1∶1000地形圖，每100m測一條橫斷面。

由于工程是在初步設計階段，小水庫在肥東縣內分布廣泛且交通不便，所以在測量中采用GPRS技術最終取得了良好效果。接受此任務的測繪小組有3臺南方S86接收機，一般情況下采用1+2、電臺傳輸的模式使用，每個測區(qū)均需臨時架設基準站，且要多次搬移基準站，作業(yè)效率和GPS接收機利用效率低。本工程在平面系統(tǒng)上使用假設坐標，只要上圖到1∶50000圖上，可以使用GPS RTK進行平面校正和高程擬合。由于GPS RTK最遠的距離只有20km左右，無法滿足要求。GPRS沒有距離限制，只要能接收到手機信號的地方就能進行GPS擬合。遂使用此方法進行測區(qū)的平面和高程的擬合。

1.建立測區(qū)平面和高程控制網

平面系統(tǒng)：此平面系統(tǒng)采用任意直角坐標系統(tǒng)，磁北方位角。因為所測的地形圖后期將放入1∶50000圖中，遂決定用兩個國家Ⅰ等三角點進行平面的投影變換。

高程系統(tǒng)：進行地形測量的14個小（2）型水庫，10座位于淮河流域，4座位于長江流域，為保持與原規(guī)劃成果高程系統(tǒng)一致，位于長江流域的水庫，高程系統(tǒng)采用吳淞零點，位于淮河流域的水庫，高程系統(tǒng)采用廢黃河零點。在利用RTK擬合高程時先把高程系統(tǒng)都換算到一個統(tǒng)一的系統(tǒng)中，由于此次測區(qū)大部分水庫是廢黃河零點，遂采用廢黃河高程對全區(qū)進行擬合。在測量4個長江流域的水庫時將高程換算為吳淞零點。

工程測量范圍內四等以上高程點較多，且位置和精度分布均勻，本次高程控制測量方法采用GPS擬合。參與高程擬合參數校正的高程點應較均勻的分布于測區(qū)的四周和中心，校正點間距宜不大于10km,且不少于6點。對GPS高程轉換參數和擬合的高程成果應進行校驗，校驗點應分布于測區(qū)內具有代表性位置且不少于5點。

同組各標石之間的高差用水準儀復核測量，校差應滿足規(guī)范要求，并用水準測量高差的標石高程進行平差修正。

2.求取地方坐標轉換參數

合理選擇控制網中已知的WGS84和北京54坐標（或地方獨立網格坐標）以及高程的公共點，求解轉換參數，為RTK動態(tài)測量做好準備。此次測量高程很重要，選擇轉換參數時要注意以下兩個問題：①高程擬合已知點要選測區(qū)四周及中心的控制點，均勻分布；②為提高轉化精度，最少用7個高程點，利用最小二乘法求解轉換參數。

3.外業(yè)操作

首先進行儀器的網絡設置：用隨機所附帶的串口線將主機和電腦進行連接后對主機進行設置，在主機正常開機后，按電源鍵（綠色），在主機液晶屏幕會顯示設置工作模式和模塊設置兩個界面，按F2，選擇進入模塊設置界面，按F2，選擇GPRS網絡，按綠鍵確認，主機會顯示“模塊配置模式，按任意鍵退出”，打開CM320-GTM900-VER2軟件，選擇合適的儀器類型（必須要一致）；選擇合適的通訊端口，要確定串口可以正常使用；網絡設置下面，在IP一欄先選擇“自定義”，輸入自己的服務器IP及端口號，如果是用基站直接做發(fā)射端，須掛廣州的服務器，則輸入IP地址58.248.35.130，Port為6060，其他的不需設置；模式設置選擇合適的模式，如果是掛廣州的服務器則只要選擇默認的EAGLE，本機機號欄輸入所調試主機自身的儀器編號，BASE編號如果主機是基準站狀態(tài)則需要輸入自身的儀器編號，如果主機是移動站狀態(tài)則需要輸入基準站主機的儀器編號；輸入完畢后，點擊“打開串口”，系統(tǒng)出現端口打開后，點擊“設置”，系統(tǒng)會提示各個參數設置成功的提示。

然后就可以架基準站、校已知點進行外業(yè)地形圖測量了。本次基準站架設在駐地二樓樓頂上，移動站作業(yè)半徑30km左右。由于減少了基準站的移動，大大的提高了本次工程的作業(yè)效率。以測區(qū)中間的控制點校正，檢驗了大部分已知點，成果比較見表1。

根據統(tǒng)計結果分析,平面點位中誤差為±2.6cm，高程中誤差為±1.9cm，可滿足圖根控制測量、像控點聯測等一般工程的精度要求。

四、GPRS應用效果及與原有RTK數傳電臺模式的比較

表1 GPS-RTK檢查點成果表

功耗方面，數傳電臺功耗和傳輸距離有密切關系，傳輸距離越遠發(fā)射功率越大，傳輸超過10km發(fā)射功率一般條件下要大于15瓦，特別是高速數傳電臺，同時對電源要求很高。GPRS數傳終端功耗很小，一般發(fā)射平均功耗最大0.6瓦。對電源要求一般。

傳輸率方面，數傳電臺目前高速大多為9.6kb/s和19.2kb/s。GPRS實際可達10kb/s到172kb/s。

傳輸距離方面，數傳電臺傳輸距離與發(fā)射功率有關，一般作用距離8km左右。GPRS終端沒有距離限制，由網絡范圍限制。

耐用性和便利程度方面，用數傳電臺需要電臺、電瓶、發(fā)射天線等，設備繁瑣沉重、易損壞，操作不便。GPRS終端體積很小（例如手機）,設備簡單、輕便、耐用、操作便利，電源也要求一般。

作業(yè)效率和GPS設備利用效率方面用數傳電臺因傳輸距離近．超過距離的不同作業(yè)區(qū)之間不能共用基站而分別設站，大多采用1+1模式，即1個基站帶1個移動站，作業(yè)效率和GPS接收機利用效率低。而利用GPRS網絡因能夠一對多，可共用基站且固定，有效實現1+n模式，作業(yè)時不用臨時設基站，節(jié)省人力和設備投入，大大提高作業(yè)效率和GPS接收機利用效率。

五、結束語

1.RTK配合網絡技術不僅能達到較高的定位精度，而且大大提高了測量的工作效率，特別在分布廣泛的小水庫測量中，GRPS與GPS RTK的校正是效率較高的一種建立測區(qū)平面和高程控制網的方式，為水利水電GPS RTK測量提供了一個實時、快捷、經濟和便利的新應用模式。

2.通過工程應用，GPRS網絡可以基本保證穩(wěn)定可靠的數據傳輸，基本滿足GPS RTK作業(yè)的要求，但在邊遠郊區(qū)網絡覆蓋不到無GPRS信號或少數信號弱的局部地區(qū)，存在不能作業(yè)的情況。側利用RTK架設外置電臺的方式作業(yè)，這樣的作業(yè)方式彌補了GPRS和RTK單獨作業(yè)的缺點，使測量工程順利完成。

3.由于測區(qū)范圍涉及江淮分水嶺，水庫有使用廢黃零點的也有使用吳淞零點的。在RTK高程擬合后應在測量吳淞零點的水庫時將高程換算過來，以免造成不必要的錯誤

安徽省水利水電勘測設計院 233000）