浅析RTK测量技术在龙口水库测量中的应用

　　摘要：在经济全球化的今天，各种工程建设日益频繁，测量技术也随之不断更新进步，全球定位系统GPS测量技术更是得到了飞速发展，而且，测量方式上也发生了很大变化，从静态发展到动态差分DGPS和载波相位差分实时动态测量RTK。RTK测量精度高、速度快，在工程建设、城镇规划、交通管制等领域得到了广泛应用。本文中主要介绍了PTK技术及其在龙口水库测量中的应用。
　　关键词：RTK测量技术；龙口水库；水库测量；动态测量；应用
　　1前言
　　全球定位系统(GlobalPositioningSystem-GPS)作为新一代的卫星导航与定位系统，以其全球性、全天候、高精度、高效益的显著特点，已经引起广大测量工作者的极大关注和兴趣。近年来，GPS定位技术在它的基础研究、科学实验、硬件与软件开发、推广应用等方
　　面获得了迅速发展，取得了令人瞩目的成就。它标志着测量工程技术的重大突破和深刻改革，对测量科学和技术的发展，具有划时代的意义。
　　实时动态(Real—TimeKinemetic-RTK)定位技术是GPS应用的一个新技术，它是基于载波相位观测值的动态定位技术。它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位成果，并达到厘米级精度。RTK测量技术的开发成功，为GPS测量工作的可靠性和高效率提供了保障，这对GPS测量技术的发展和普及，具有重要的现实意义。
　　2实时动态(RTK)的原理及组成
　　RTK技术开始于九十年代初，是基于载波相位观测基础上的实时动态定位技术。其基本原理是：在已知的基准站上架设GPS接收机接收卫星信号，通过数据链将其观测值、改正数和基准站坐标信息一起传送给流动站，流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要
　　采集GPS观测数据，并在系统内按差分技术进行实时处理同时给出厘米级定位结果。
　　RTK定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS定位技术，实施动态测量。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时通过输入相应的坐标转换参数和投影参数，实时得到流动站的三维坐标及精度。RTK系统由一个基准站，若干个流动站及通讯系统三部分组成。基准站包括GPS接收机、GPS天线、无线电通讯发射设备使用的电源及基准站控制器等部分。存有的RTK系统中，基准站GPS接收机本身具有数据传输参数、测量参数_及坐标系统等内容的设置功能，使控制器与GPS接收机合二为一体。一个流动站由以下部分组成：GPS接收机、GPS天线、电源、无线电通讯接收设备及流动站显示控制。
　　3RTK在工程测量中的作业模式
　　3．1选择作业时期
　　我们在实际测量时，由于地物地貌复杂多变，为获取完善的数据，必须根据卫星可见预报和天气预报选择最佳观测时段。卫星的几何分布越好，定位精度就越高，卫星的分布情况可以用南方公司提供的StarRe—port星历预报软件查看所需要的预测指标，并根据预测结果合理安排工作计划。
　　3．2建立测区平面控制网
　　用GPS静态测量方法建立测区控制网，呈三角形布设，并且要求3条边尽量等距或满足2条边的夹角60°≤a≤120°，并与已有控制点进行联测，通过内业解算出各控制点平面坐标。对于所提供的测绘成果要满足2001年中华人民共和国国家标准《全球定位系统(GPS)测量规范》和甲方提供的测量任务书。
　　3．3高程控制测量
　　GPS测量得到的高程是大地高，而实际采用的是正常高，需要将大地高转化为正常高。而测区的高程异常是未知数，且高程异常的变化较复杂，特别是在山区高程精度等级比较低。而在有些地形环境不能满足GPS观测的条件下，采用高程拟合的方法拟合的高程精度不能得到保证。完全用GPS替代等级水准难度大。因此在不能满足工程要求的情况下，等级水准仍采用水准仪作业模式。
　　3．4求取地方坐标转换参数
　　合理选择控制网中已知的WGS84和北京54坐标(或自定义坐标)以及高程的公共点，求解转换参数，以RTK动态测量做好准备。选择转换参数时要注意以下2个问题：①原则上要选测区中心及其周围的控制点，使其均匀分布；②原则上为提高参数的转化精度，应至少选取3个以上的已知点，利用最小二乘法求解转换参数。
　　3．5基准站选定
　　(1)基准站位置：除满足GPS静态观测的条件外，还应设在地势较高，四周开阔的位置，便于电台的发射。
　　(2)已知点架设：根据实际情况，可以将仪器架设在具有地方网格坐标和WGS84坐标的已知点上，也可在未知点设站。
　　3．6外业操作
　　将基准站接收机架设在已知点上，开机后进行必要的系统设置、无线电设置及天线高等输入工作；或将基准站任意架设，起动基准站即可。流动站接收机开机后首先进行系统设置，输入转换参数，再进行流动站的设置和初始化工作。用公共的已知点来进行点校正用以减少因数据模型不同所引起的偏差，获得更精确的当地网格坐标，且确保作业区域在校正的点范围内。
　　4RTK在龙口水库测量中的应用
　　龙口水库位于舞水一级支流五郎溪中下游,地处湖南省芷江县艾头坪乡龙口村,坝址距怀化市区约24km,距芷江县城约25km,最大坝高65m,正常库容4015万m3，坝址以上控制集雨面积88.8km2,坝址多年平均流量1.95m3/s,是一个以灌溉为主,兼有供水、防洪、怀化市城市应急供水、发电等综合利用的水利工程。龙口水库的渠系布置分为总干、左干、右干。总干渠全长1.12km，纵坡为1/3000；右干渠全长12.09km，纵坡为1/3000，布置支渠6条，全长16.21km；左干渠全长33.66km，纵坡为1/3000，布置支渠11条，全长30.82km。
　　水库测量往往碰到地形复杂，区域面积较大，定位困难等难题，利用以往传统定位方法需多次搬站，操作过程复杂，适应性差，转站传递误差大，利用RTK技术可使这类问题得到很好地解决。
　　4．1基准站的选定和建立
　　基准站的安置是顺利进行RTK测量的关键，所以在选址时应注意以下几点：
　　1）避免选择在无线电干扰强烈的地区；2）基准站站址及数据链电台发射天线必须具有一定的高度；3）为防止数据链丢失以及多路径效应的影响，周围无GPS信号反射物(大面积水域、大型建筑物等)。
　　4．2外业施测
　　外业人员在基准站架好仪器即可开始测量了，一般为两人一组，一人在基准站上，一人背着仪器到每个界址上立杆并记录数据，一般取3秒作为一个记录单元，在记录数据时要求测量人员立点要准确，尽量稳住对中杆，同时画出草图，以便内业整图时提供参考。
　　4．3作业方法及步骤
　　4．3．1选择好坐标系：你当前已知点是什么坐标系就采用什么坐标系，不清楚的可采用国家基本坐标系。
　　4.3.2设置好投影参数：知道已知点坐标中央子午线的，采用实际中央子午线，不知道的则选取择当地经度作为巾央子午线，x常数用0，Y常数用500000，投影尺度比用1。
　　4.3.3使七参数和转换参数都处丁OFF态。
　　4.3.4设置基准站，有两种情况：
　　(1)基准站设在非已知点上：待基站架设完毕，并已开始单点定位，输入基准站坐标时，按Tah键获取单点定位坐标作为基准站坐标，高程如果相差太大，可以用估计的值输人。
　　(2)基准站设在已知点上：待基站架设完毕，并已开始单点定位，进入碎部点测量，按Tab键存储一个坐标，设点名为A1。进入基准站坐标输入，输入基准站坐标时，按R键获取已测点坐标A1为基准站坐标。设置好RTK工作方式和发射间隔后，设成基准站工作方式。
　　4.3.5（1)情况时，分别到测区的两个已知点上(两已知点距离要尽量远，且已知点要有足够的精度)，进入碎部点测量，在RTKFixed下分别存储到点名Al和A2(注意要输入天线高)。(2)情况时，到测区的另一个已知点上(两已知点要有足够的精度)，进入碎部点测量，在RTKFixed下仔储到点名A2。
　　4.3.6进入“求转换参数”。转换参数计算完毕后，并自动存储到“转换参数”中，进入转换参数，查看转换参数，打开转换参数。
　　4.3.7重测两点坐标，检查点坐标是否与已知点一致(在2cm误差内)，有条件的还可以到第三已知点去榆验转换参数的正确性。
　　4.4内业处理
　　外业测量存储的RAT文件是专用的数据库文件，不可直接用来给成图软件调刖，用“测点成果输⋯”功能可以把RAT文件转换为用户所需要的格式。转换后的格式与我们所用软件（如：CASS5．0软件）格式相一致，结合外业的草图，从而快速地完成数字化内业成图工作。
　　4.5龙口水库中采用RTK技术取得的研究成果（见表1）
　　点号 X Y Z 备注
　　A 3048302.01 373385.38 288.734 
　　B 3048227.11 373441.079 289.856 
　　C 3048142.35 373453.714 290.218 龙口河坝右端
　　E 3047551.89 373355.826 282.174 
　　F 3047354.76 373323.455 285.688 上龙口村水泥坪里
　　G 3047338.67 373461.394 282.618 上龙口村田坎上
　　表1龙口水库控制测量成果表
　　由于RTK测量灵活、方便，数据安全可靠，在同一测区内点位精度基本一致，且移动站与基准站之间无需通视，所以能够快速准确地确定各测量点的平面和高程位置。利用RTK的这一特点，在很短的时间内，我们就摸清了龙口水库库区淹没实物指标情况，为水库的设计、建设提供了及时、准确的数据资料（见表2）。这比用常规测量方法调查节省了大量的外业作业时间，提高了数据的可信度。
　　项目 单位 数量
　　水田 亩 583.6
　　旱土 亩 50.3
　　果树 株 832
　　  
　　砖房 平方米 200
　　木房 平方米 27050
　　人口 人 429
　　搬迁户数 户 105
　　附属建筑物 平方米 1920
　　  
　　乡村公路 公里 3.4
　　简易河滩路 公里 9.2
　　10KV线路 公里 5.3
　　220V线路 公里 6.3
　　表二龙口水库库区淹没实物调查统计表
　　5总结
　　实践证明，RTK测量与常规的测量方式相比具有很大优势，如定位精度较高，数据也安全可靠，测站间无需通视，受天气环境条件影响小等。但就现在已有的RTK技术系统来说，仍然存在许多待改进发展的地方，一是精度方面有待进一步提高；二是悬崖峭壁处难以定位，需全站仪配合测量；三是整套设备体积偏大，重量偏沉。不过，当RTK应用技术不断拓宽，用户增多，大批量生产加上市场竞争的驱动，普及应用RTK技术并不是遥远的事情。到那时，RTK在测量中就能够发挥更好的经济效益和社会效益。
　　参考文献：
　　【1】GPS动态(RTK)测量操作手册
　　【2】《工程测量学》，张正禄等，武汉大学出版社
　　【3】《GPS测量技术》，周立，黄河水利出版社
　　

《浅析RTK测量技术在龙口水库测量中的应用》

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