浅谈GPS、RTK在水利工程测量中的实践与应用

　　【摘要】：随着科学技术的日新月异，全球卫星定位系统在各领域得到广泛的应用及发展，随着RTK技术的不断更新与完善，使得这一技术很快以其操作简单、精度高等卓越的优点很快的深入人心，受到大家一致的青睐。本文主要介绍RTK技术在水里工程测量中得应用与实践。
　　【关键词】：GPS;RTK;精度；水利工程；工程测量
　　
　　前言
　　GPS也就是我们所说的全球定位系统，不仅仅具有极强的抗干扰性，还具有很强的保密性。他是随着现代科学技术的不断发展而迅速成长起来的。GPS卫星定位测量师研究操作运用GPS技术来解决测量问题的一项空间的技术手段。随着科学的进步，全球定位系统的发展RTK测量技术不断的成熟，并且在水里工程测量中获得应用。这一技术的应用使得我们在工作中实时的得到测量的体例，这一体例的精度甚至可以达到厘米的级别。这可谓水利工程测量的里程碑，为提高测量的效率提供的有力的条件。
　　1. GPS的原理
　　GPS全球定位系统的原理就是利用空间分布的卫星以及卫星与地面的距离交汇点得到地面点的位置，这就是所谓的空间距离交汇原理。其他的定位方法按照参考点的位置不同可以分为绝对定位和相对定位两种。
　　1.1绝对定位。绝对定位又叫做单点定位，它是利用GPS卫星和用户接收机天线在WGS-84坐标系中相对于地球质心的绝对位置来确定的。根据用户的接收机的天线的不同位置所处的状态的不同，可以有静态绝对定位和动态绝对定位。其中静态绝对定位主要是对大地的测量，是以米为精度的；动态绝对定位的精度则是10---40米，因此只能用于对一般性的导航的定位。
　　1.2相对定位。GPS相对定位是用两台GPS分别安置于基线两端，同步对相同的卫星进行观测，同步采集GPS数据，经过数据处理后确定基线两端点的基线向量。
　　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。
　　2. TPK的认识
　　2.1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移动站，并与移动站的载波相位观测量进行差分处理，实时地给出移动站的精确坐标。
　　2.2与RTK定位有关的误差：
　　2.2.1与无线数据链有关的误差
　　基于实施动态差分GPS定位技术的便携电台大多数是直接传输超高频电台，因此在传输信道内部噪声和符号间干扰等都是不可避免的。因此RTK定位结果的正确性取决于流动接收机接收误码可能性。这个过程中存在着这样的误差包括：1）差分信息的调制误差；2）差分信息的调解误差；3）外界环境干扰等影响。2.2.2与流动站及其观测作业有关的误差
　　RTK进行动态作业时载体的瞬时姿态改正精度所造成的误差占很重要的成分。进行动态观测作业时，在待定点没有办法确定天线动态所涵盖的瞬时的姿态。
　　3.GPSRTK技术在水利工程测量中的应用
　　3.1GPS水库大坝变形监测
　　变形监测主要是监测水库大坝位移，地基的沉降，或者是整体的倾斜等。水电站的大坝的变形很常见，通常是由于水负荷的重压造成的。为了避免这些变形造成的安全隐患，必须要对大坝进行检测。这些检测要求有一定的精度和连续性。这就用到了GPS精密定位技术，它不仅仅易于实现对大坝变形的检测达到一定的精度，还有助于实现整个检测过程的自动化。GPS技术在大坝变形检测中得应用步骤如下：
　　3.1.1根据检测目的，选点在进行实地的踏勘，保证所选用的点位满足布网需要的同时还要达到观测所要具备的条件。从而得到要测量的大概地位。
　　3.1.2按照每个出发点选出三条独立基线，并且变长分布的相对均匀，根据接受台机的分布网观测图形，追加实测路线。
　　3.1.3进行精度指标计算指导达到给定的要求为止，最终得到增加独立观测机选的实施方案。
　　3.1.4观测时段的确定，确定周期设计。
　　3.1.5采用观测的尖端观测，对整段数据进行数据的处理。
　　3.1.6利用统计的观测值，分析成因，逐步进行数据的回归与分析。
　　3.2水深度的测量
　　过去我们在进行深度测量的时候，大多数是采用交汇定位的方式，这一方法受到诸多外在因素的影响，比如气象。这会导致难以保证精度，测量工作的难度偏大，历时长等不良后果。采用了GPS技术就会解决这些问题。此时的水深测量作业是在GPS接收机、数字化的测探仪、数据通信链和便携式计算机及相关的软件组成的系统来完成的，测量的内容涉及到三个方面的内容：
　　3.2.1转换参数的求取
　　在GPS基准站架设在已知的一点上，设置好参考各种参数，输入基准站的单点84坐标，并设置位基准站。这些参数包括参考坐标系，最大卫星使用数等。同样的方式在已知的另一点上，利用两点的坐标及当地的坐标，获得转换参数。
　　3.2.2数据采集
　　架设基准站在求转换参数时架设的基准点上，且坐标不变；设置好记录设置、定位仪和测深仪接口、接受机数据格式、测深仪配置、天线偏差改正及延迟校正后，进行测量工作。
　　3.2.3数据的处理
　　利用相应的配套的数据处理软件对测量的工作进行后期的处理，形成所需要的水深图和相应的统计分析报告。
　　通过这些的分析处理，我们可以知道利用RTK技术对对水深进行测量能够很好的降低工作量，提高工作效率，提高精度的同时还能够缩短测绘成果的周期。
　　3.3GPS高程测量
　　水利水电功工程的建设，对高程的测量都有很高的要求，但是高程很难实测，还具有费时费力的缺点。采用GPS全球定位系统不仅仅方便的获得了三位基线向量，还可以得到高精度的大地高差。
　　3.3.1确定正常高的GPS高程法
　　在实际的应用中我们通常用得地面点高程是正常高系统，这种系统一直以来是我国通用的高程系统，是通过水准测量来确定的，按照GPS全球定位系统所测定的大地高，在知道正高或者正常高的情况下可以确定高程异常或者大地水准面高时，可以确定正常高或者正高。
　　3.3.2GPS水准高程的测量
　　利用GPS和水准测量成果确定近似于大地水准面的方法就是GPS水准。在实际的应用中，主要采用GPS水准高程方法来近似的确定大地水准面。我们所称的GPS水准就是在小区域的GPS网中，用水准测量的方法来联测网中的公共点。再根据GPS点得大地高就可以求得各个公共点上得高程异常。由公共点上的平面坐标和高程的异常通过数值拟合的计算方法来拟合出区域中得近似的大地水准面。这样们就可以求的各点的高程异常值，从而确定出GPS点得正常高。通常情况下，我们并不建议采用这一技术，因为GPS水准高程的应用目前来说并不是很成熟，在没有很好的高程解决方案可以达到足够的精度的前提时我们通常采用低精度高程测量的应用，例如我们所说的RTK.高精度的高程控制还不能满足规范提出来的各种要求，这些应用目前还停留在实验论证阶段。因此以GPS代替水准高程再生产中实践中的应用还并不那么的普遍。
　　3.4渠道管线纵断面的测量
　　渠道管线是水利水电建设中至关重要的组成部分，它具有放射性分布。分散等特点。渠道管线的测量起源于用绳尺测量距离，后来配合这经纬仪和水准仪进行断面的测量。这样的工作存在着诸多的确定。首先是效率较低，耗费大量的人力物力的同时还不能满足精度的要求。发展中曾有一段时期采用半站仪或者全站仪进行渠道管线的纵断面的测量。虽然这样的方式会对作业效率和精度有所提高但是仍然存在着受地形地貌的影响因素较大的缺点。因此我们普遍采用GPS对管线纵断面的测量能充分的解决这些问题。
　　4.结束语
　　通过多年的实际操作与运用，本文笔者得出结论:①RTK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编
　　[2]《水利水电工程测量规范》SL197-97
　　[3]张孝军，林云发．GPSRTK技术的测量精度探讨[J]．人民长江，论文

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