摘 要：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GPS測(cè)量技術(shù)中的一個(gè)新的突破。本文詳細(xì)介紹了GPS 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量技術(shù)的基本原理及其特點(diǎn)，并結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，探討GPS 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量技術(shù)在水庫(kù)工程測(cè)量中的有關(guān)問(wèn)題，并分析了RTK測(cè)量的誤差來(lái)源及影響，為GPS 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)；RTK測(cè)量技術(shù)；基本原理；誤差源

隨著水庫(kù)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這就對(duì)水庫(kù)工程的測(cè)量工作提出了更高的要求。常規(guī)測(cè)量技術(shù)作業(yè)勞動(dòng)量大，且效率低，并不能較好的滿足人們所需要工作效率和測(cè)量精度的要求。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量——RTK（Real Time Kinematic）測(cè)量技術(shù)也日益成熟。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量技術(shù)在水庫(kù)工程測(cè)量中也逐漸得到廣泛應(yīng)用，相對(duì)于以前傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀、全站儀、水準(zhǔn)儀等測(cè)量技術(shù)而言，提高了測(cè)量的工作效率和測(cè)點(diǎn)的精度，取得了較好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。本文就GPS 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量技術(shù)在水庫(kù)工程測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)分析。

1 RTK技術(shù)的基本原理及特點(diǎn)

RTK測(cè)量技術(shù)是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS（RTDGPS）測(cè)量技術(shù)。它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。GPS-RTK系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站和通訊系統(tǒng)組成。其基本原理是在基準(zhǔn)站和移動(dòng)站都設(shè)置好后，同時(shí)接收5顆以上的相同衛(wèi)星進(jìn)行載波相位觀測(cè)。基準(zhǔn)站在跟蹤載波相位測(cè)量的同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將測(cè)站坐標(biāo)、觀測(cè)值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機(jī)工作狀態(tài)發(fā)射出去；流動(dòng)站在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行載波相位觀測(cè)的同時(shí)，還通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的信息，實(shí)時(shí)解算出相對(duì)于基準(zhǔn)站點(diǎn)的基線向量，并通過(guò)已知設(shè)置的轉(zhuǎn)換參數(shù)及投影方法計(jì)算出流動(dòng)站的地方坐標(biāo)。

GPS 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）作業(yè)效率高。流動(dòng)站僅需1人就可操作，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘就可得到1點(diǎn)坐標(biāo)，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了工作效率。

（2）定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒(méi)有誤差傳遞。只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)（一般為4km）RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級(jí)。

（3）降低了作業(yè)條件要求。RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波通視”，因而和傳統(tǒng)測(cè)量相比，RTK技術(shù)受通視條件、能見(jiàn)度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測(cè)量看來(lái)由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足RTK的基本工作條件也能輕松地進(jìn)行快速、高精度的定位作業(yè)。

（4）作業(yè)自動(dòng)化、集成化程度高，測(cè)繪功能強(qiáng)大，RTK可勝任各種測(cè)繪內(nèi)、外業(yè)。流動(dòng)站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能，使輔助測(cè)繪工作極大減少，同時(shí)也減少了人為誤差，保證了作業(yè)精度。

（5）操作簡(jiǎn)便，使用方便，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。只要在設(shè)站時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置，就可以邊走邊獲得測(cè)量結(jié)果坐標(biāo)或進(jìn)行坐標(biāo)放樣，其數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、處理和輸出能力強(qiáng)，能方便快捷地與計(jì)算機(jī)通信連接。

2 GPS 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量技術(shù)在水庫(kù)工程測(cè)量中的應(yīng)用

2.1水庫(kù)工程概況

某水庫(kù)工程規(guī)模為小（1）型水庫(kù)。該工程要測(cè)量任務(wù)有壩址區(qū)地形圖、庫(kù)區(qū)地形圖及地質(zhì)料場(chǎng)地形圖測(cè)繪；壩軸線、溢洪道縱橫斷面、輸水隧洞縱斷面測(cè)繪以及南、北干渠定線及縱橫斷面測(cè)繪；地質(zhì)鉆孔點(diǎn)、探坑點(diǎn)及地質(zhì)點(diǎn)的放樣與測(cè)繪。由于庫(kù)區(qū)地形為V形河谷，河道兩岸沖溝較多且基本是2m左右的灌木叢及龍眼、桃樹(shù)等經(jīng)濟(jì)林木覆蓋，通視條件極差，如果采用常規(guī)儀器測(cè)量，不僅要花費(fèi)大量人力，還要破壞一定的樹(shù)木，造成經(jīng)濟(jì)損失。為了在滿足測(cè)量精度的前提下提高工作效率，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘后決定采用GPS-RTK技術(shù)完成該項(xiàng)目的所有測(cè)量工作，儀器選用南方測(cè)繪公司的靈銳S82-2008型GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)。

2.2 測(cè)量的主要工作流程

測(cè)量工作流程見(jiàn)圖1。

圖1 測(cè)量工作流程框圖

（1）收集測(cè)區(qū)資料，獲得高精度的已知控制點(diǎn)，包含控制點(diǎn)的坐標(biāo)、等級(jí)、中央子午線、坐標(biāo)系等。本次采用的首級(jí)控制點(diǎn)是從1999年在水庫(kù)測(cè)量時(shí)建立的54北京坐標(biāo)通過(guò)GPS靜態(tài)測(cè)量引測(cè)到該水庫(kù)壩址區(qū)和庫(kù)區(qū)。

（2）求定測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)，實(shí)際是將觀測(cè)的WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為國(guó)家平面坐標(biāo)或工程施工自定義坐標(biāo)，一般采用高斯投影的方法。如測(cè)區(qū)內(nèi)有相應(yīng)的國(guó)家坐標(biāo)系的高等級(jí)點(diǎn)，可直接采用。采用自定義坐標(biāo)系時(shí)可選擇某一投影面（一般為測(cè)區(qū)的平均高程面），對(duì)加常數(shù)或中央子午線（一般為測(cè)區(qū)中央子午線）、投影橢球高進(jìn)行重新定義，使橢球面與地面網(wǎng)邊長(zhǎng)投影的高程基準(zhǔn)面一致，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定基線長(zhǎng)度，計(jì)算出基線兩端點(diǎn)的自定義平面坐標(biāo)，利用隨機(jī)軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。在求得4個(gè)參數(shù)后一定要檢查“比例因子”值的大小，根據(jù)規(guī)范要求，測(cè)得的長(zhǎng)度變形不大于2.5cm/km。在同一個(gè)測(cè)區(qū)，為了坐標(biāo)的統(tǒng)一，一般采用同一套轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（3）基準(zhǔn)站位置的選擇。對(duì)于靈銳S82-2008型GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)，基準(zhǔn)站的架設(shè)可以在已知點(diǎn)上也可以在任意點(diǎn)上。本次測(cè)量由于特殊的V形河谷地理?xiàng)l件及在離壩址區(qū)下游300m左右的地方有高壓鐵塔桿，因而采取了把基準(zhǔn)站架設(shè)在庫(kù)區(qū)山頭上及提高基準(zhǔn)站天線的架設(shè)高度來(lái)解決RTK數(shù)據(jù)鏈的通訊問(wèn)題。在渠道測(cè)量過(guò)程中，根據(jù)流動(dòng)站離基準(zhǔn)站的距離，以及初始化時(shí)間來(lái)決定適當(dāng)?shù)臅r(shí)候改變基準(zhǔn)站的位置。

（4）測(cè)量前的質(zhì)量檢驗(yàn)。為保證RTK的實(shí)測(cè)精度的可靠性，必須進(jìn)行已知點(diǎn)的檢核。本次測(cè)量過(guò)程中主要采用以下檢核方法：a.已知點(diǎn)檢核比較法——每天在校正點(diǎn)的選取上盡量選用同一個(gè)已知控制點(diǎn)，再用RTK測(cè)出2個(gè)以上已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比較檢核，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題采取措施改正；b.重測(cè)比較法——每次初始化后先重測(cè)1～2個(gè)已測(cè)過(guò)的RTK點(diǎn)或高精度控制點(diǎn)，確認(rèn)無(wú)誤后才進(jìn)行RTK測(cè)量。

（5）測(cè)量和放樣過(guò)程中由于沖溝底流動(dòng)站接收衛(wèi)星信號(hào)弱，因而采用增加對(duì)中桿高度的方法以滿足流動(dòng)站接收信號(hào)的最小高度角。若接收到衛(wèi)星數(shù)目減少到4顆以下，則RTK系統(tǒng)接收不到固定解，當(dāng)接收衛(wèi)星數(shù)重新升至4顆或更多時(shí)，需重新進(jìn)行初始化。

（6）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。PSION手簿采用的是WindowsCE5.0操作系統(tǒng)，與電腦連接后，采集數(shù)據(jù)可以直接轉(zhuǎn)換為南方CASS繪圖軟件DAT文件數(shù)據(jù)格式，也可下載RTK文件數(shù)據(jù)格式予以保留。在這2個(gè)文件格式中，可直接查看、修改、刪除不符合采集精度要求的點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。

2.3 影響RTK測(cè)量的常規(guī)誤差源

（1）同測(cè)站有關(guān)的誤差。如通信相位中心變化、多路徑誤差、信號(hào)干擾和氣象因素的影響，其中多路徑誤差是GPS-RTK測(cè)量中影響最嚴(yán)重的誤差。

（2）同距離有關(guān)的誤差。如軌道誤差、電離層誤差、對(duì)流層誤差。

（3）人為因素的影響誤差。在本次測(cè)量中主要表現(xiàn)有：a.坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的影響，求取的4個(gè)參數(shù)的“比例因子”值太小或高程擬合參數(shù)選取不夠精確；b.在采集數(shù)據(jù)過(guò)程中對(duì)中桿傾斜和非固定解采集數(shù)據(jù)的影響，在對(duì)中桿傾斜狀態(tài)下就記錄數(shù)據(jù)或精度因子較大時(shí)非固定解狀態(tài)下就采集數(shù)據(jù)；c.數(shù)據(jù)采集時(shí)天線高輸入錯(cuò)誤；d.移動(dòng)站離基準(zhǔn)站距離較遠(yuǎn)或存在障礙物而使數(shù)據(jù)精度降低，校正點(diǎn)點(diǎn)位誤差的累積的影響，在渠道測(cè)量中時(shí)有體現(xiàn)。

對(duì)于前2項(xiàng)的誤差影響，可以選擇良好的觀測(cè)條件和恰當(dāng)?shù)挠^測(cè)方法來(lái)削弱這些誤差的影響；對(duì)于第3項(xiàng)的人為因素影響，在測(cè)量過(guò)程中應(yīng)避免或在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中予以改正。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，是水庫(kù)工程測(cè)量手段和作業(yè)方法的革命性變革，大大提高了測(cè)量的工作效率和測(cè)點(diǎn)的精度，極大的促進(jìn)了工程建設(shè)的進(jìn)度及質(zhì)量。雖然在實(shí)際應(yīng)用中仍然受到某些限制因素的影響，相信隨著科技的發(fā)展，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量技術(shù)將會(huì)得到不斷優(yōu)化與改善，為工程的建設(shè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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