GPS RTK技术在小型水利工程测量中的应用

GPS RTK技术在小型水利工程测量中的应用
摘要：主要阐述GPS RTK技术在水利工程测量中的应用, GPS RTK是测量中采用
一种新仪器新技术,是一种高精度、高效率、简便的测量方法。

关键词：GPS RTK；水利工程测量；应用；精度；效率；质量控制
1 前言
近年来，随着国家基础设施建设投入的加大，每年都有大批的水利工程建设,而大多数水利工程都位于相对偏远地区，高等级测量控制点少,这给工程测量带来很大困难和挑战。

由于
全球定位系统(GPS)技术的快速发展，GPS测量技术也日益成熟，GPS RTK技术也广泛应用于
水利工程中，因其精度高、实时性和高效性强，成为目前最先进的技术设备和最经济的测量
方法，已基本上取代了常规测量手段成为了主要的技术手段。

在很大程度上提高了工作质量和效率。

我单位2009年起先后购买了、南方三鼎GPS RTK-T20测量系统，通过几年在堤防、农村安全饮水、灌溉、小电站等小型水利工程建设中的使用，现在对GPS RTK在工程测量中应用
的特点进行了小结，并介绍给大家，供同行参考。

2 GPS RTK基本原理
GPS RTK(Real Time Kinematic)测量技术即实时动态测量技术，是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术，是GPS测量技术发展里程
中的一个新突破。

RTK系统由GPS接收设备、无线电通讯设备、电子手簿3部分组成。

RTK
工作原理是：在已知高等级点上(基准站)安置1台GPS接收机，对所有可见卫星进行连续的
观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，然后
根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度。

3 GPS RTK测量的特点
相对于传统测量学，GPS RTK测量主要有以下特点：
(1)定位精度高。

RTK测量标称精度可达到：lcm + 1ppm(平面)，2cm + lppm(高程)。

实时
动态显示经可靠性检验厘米级精度的测量成果(包括高程)。

(2)快速提供三维坐标。

GPS RTK通过实时处理2s内即可测得三维坐标。

且整个测量过程不需通视,有着常规测量仪器(如全站仪)不可比拟的优点。

(3)作业距离远、操作简便、效率高。

作业半径能达到15km。

RTK技术的自动化程度高，观测人员主要是摆好基准站，然后进行流动站工作，而其它观测工作如卫星的捕获、跟踪观
测等均由仪器自动完成。

(4)测站之间无需通视，是相互独立的观测值，不存在误差积累传播。

4 GPS RTK技术在水利工程测量中的应用
4.1控制测量
众所周知，由于水利工程多位于偏远地区，已知高等级控制点很少，常规的控制测量方
法要求点间通视，费工费时，而且精度分布不均匀，误差累积大，在野外作外业不知精度如何。

采用GPS静态测量，数据采集时间长，还需事后进行数据处理，不能实时知道定位精度，如内业发现精度不符合要求则必须返工。

故静态定位一般多用于高精度的测量定位。

采用RTK来进行控制测量，在满足RTK的基本工作条件下， RTK测量的平面精度和高程精度都能
达到厘米级，能够实时知道定位精度，没有误差累积，而且知道外业观测质量如何。

同时用RTK测量，自动化程度高，操作简单方便，平均每天可测量30～40个加密控制点，效率较高。

应用RTK技术将无论是在作业精度，还是作业效率上比常规测量方法都具有明显的优势。

4.2地形测量
地形资料的准确性对水利工程建设十分重要，地形测量常用的测量方法大多采用全站仪，其缺点是：测区范围有限，工作量大，人员配置多等。

由于RTK具有快速定位和实时得到坐
标结果的特点，在一定测量环境中可以方便进行地形测量。

地形点采集完后经过成图处理，
生成数字化地形图。

地形点的采集可以多人作业，例如采用1+2配置，即1台基站，2台移
动站，这两个测量小组可以同时施测，每小组每天可完成0.8～1.5 km2的地形图测绘,提高了
测量速度和精度，作业成本低，极大地节约了人力和时间。

4.3施工放样测量
利用RTK随机软件中放样的功能进行点、直线、曲线放样功能，进行施工放样测量。

输
入设计好的已知坐标作为参考点和目标点，流动站实地所在位置的坐标作为修正点，电子手
簿屏幕上的图形显示出实地待定点相对于目标点所偏移的距离，按照指示移动流动站，直到
满足所要求的精度。

也可用来寻找已知坐标点，找寻坐标已知的坐标点的方法和上述方法一致，比全站仪工作效率更高，减轻了测量人员劳动强度。

5 RTK的不足及测量成果的质量控制
5.1 受限因素分析
(1)受卫星状况限制
当GPS卫星系统对某地某一时间段不能很好地被卫星信号所覆盖时，容易产生假值。

另外，在高山峡谷深处及密集森林区，城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中
可作业时间受限制。

在隧道、峡谷等卫星信号被遮挡地区, GPS RTK无法使用。

产生假值的问
题可采用RTK测量成果的质量控制方法可以发现，作业时间受限制可由选择作业时间来解决。

(2)天空环境影响
白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，常接受不到5颗卫星，因而初始化时间长
甚至不能初始化，也就无法进行测量，使一天中可作业时间受限制。

在实际应用中，我们在
同样的条件和同样的地点上进行RTK测量，上午11：O0之前和下午4:00之后，RTK测量结
果准而快，而中午时分，进行RTK测量不是很理想。

(3)数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题
RTK数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传
输过程中衰减严重，严重影响测量精度和作业半径。

在地形起伏高差较大的山区和城市高楼
密布区数据链传输信号受到限制。

另外，当RTK作业半径超过一定距离时，测量结果误差超限，所以RTK的实际作业有效半径比其标称半径要小很多，工程实践和专门研究都证明了这
一点，解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。

(4)初始化能力和所需时问问题
在山区、一般林区、城市高楼密布区等地作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多。

容易
造成失锁，采用RTK 作业时有时需要经常重新初始化，这样测量的精度和效率都受影响。

解
决办法主要是选用初始化能力强、所需时间短的RTK机型。

(5)高程异常问题
RTK作业模式要求高程的转换必须精确，但我国现有的高程异常图在有些地区，尤其是
山区，存在较大误差，在有些地区还是空白，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工
作变得相当困难，精度也不均匀。

5.2 RTK测量成果质量控制
研究表明，RTK确定整周模糊度的可靠性最高为95，RTK比静态GPS还多出一些误差因素，如数据链传输误差等。

因此，同GPS静态测量相比，RTK测量更容易出错，必须进行质
量控制。

质量控制的方法主要有：
(1)已知点检核比较法。

在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点，然后用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核，发现问题即采取措施改正。

(2)重测比较法。

每次初始化成功后，先重测l～ 2个已测过的RTK点或高精度控制点，
确认无误后才进行RTK测量。

以上方法中，最可靠的是已知点检核比较法，但控制点的数量总是有限的，所以没有控
制点的地方需要用重测比较法来检验测量成果。

6 结语
(1) 随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，RTK测量技术也日益成熟， RTK技术在
水利测量工作中得到广泛应用，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。

RTK技术与常规测量方法相比具有不能比拟的优势。

(2) RTK在做控制测量时，一定要好选择作业时间，力求在固定解的误差最小时采集数据。

(3)电台信号不能太远，根据我们的经验，RTK的范围以不超过1Okm 为原则，否则解算
速度、精度等都大受影响。

(4)利用RTK进行测量，不受天气、地形、通视等条件的限制，工作效率比传统方法提高3～4倍。

仪器操作简便易学、数据处理能力强。

在实际工作中极大的提高工作效率，减轻了
劳动强度，节省了费用。