GPS RTK 技术在水利工程测量中的应用

范会平FAN Hui-ping

（河北省邯郸市水利水电勘测设计研究院，邯郸 056001）

（Handan Design and Research Institute of Water Conservancy and Hydropower，Handan 056001，China）

0 引言

2011年1月29日，《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》正式公布。把农田水利作为农村基础设施建设的重点任务，我国的水利基础设施大部分兴建于50、60年代，年久失修，失去了其应有的作用。而大部分农田水利工程处于农村偏远地区、山区等，高等级控制点极少，不利于水利工程的建设。GPS RTK 技术因其精度高、实时性、高效率等优点广泛应用于工程测量中，极大地提高了工程的质量和效率。RTK 技术在控制测量、地形测量、断面测量、施工放样等方面发挥了重要的作用。

1 RTK 系统概述

在GPS 进行定位时，会受到各种各样因素的影响，为了消除这些误差源，必须使用两台以上的GPS 接收机永步工作，GPS 静态测量的方法是各个接收机独立观测，然后用后处理软件进行差分解算，那么对于RTK 测量来说，仍然是差分解算，只不过是实时差分计算。RTK 测量系统一般由以下三部分组成：GPS 接收设备、数据传输设备、软件系统。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。RTK 测量时，基准站和流动站同时观测卫星数据，基准站通过电台把所接受的载波相位信号发射出去；流动站在接受卫星信号的同时也接收基准站的电台信号；在这两个信号的基础上，流动站通过软件进行实时差分计算，精确地定出基准站与流动站的空间相对位置关系。为了保证RTK 的高精度，平面最好有三个以上平面坐标进行校正，高程要求4 个以上高程点进行校正，而且点精度要均等，并要均匀分布于测区周围，要利用坐标转换中误差对转换参数的精度进行评定，如果利用两点校正，一定要注意尺度比是否接近于1。

2 RTK 技术特点

①工作效率高：高质量的RTK 只要设站一次就可以测完4km 半径的测区，并且只需一人操作移动站即可，如此一来不仅降低了劳动强度，还大大地加快了作业速度，提高了工作效率。②定位精度高：在合理的作业半径范围内，RTK 只要具备基本的工作条件，其定位精度是很高的，能达到厘米级。③全天候作业：RTK 测量只要求满足“电磁波通视”，几乎不受能见度、气候、季节等因素的影响和限制，RTK 只要具备基本的工作条件，就可以进行快速的高精度定位，实现全天候作业。④RTK 测量自动化、集成化程度高，数据处理能力强：RTK 可进行多种测量内、外业工作。移动站利用软件控制系统，可以自动实现多种测绘功能，有效减少误差，保证作业精度。⑤操作简单，易于使用：现在的仪器一般都提供中文菜单，只要在设站时进行简单的设置，就可方便地获得二维坐标，操作简单，易于使用。

3 GPS RTK 测量的类别

3.1 临时基站RTK 测量 GPS RTK 测量过程一般包括：基准站选择和设置、流动站设置、中继站的设立等。

3.1.1 基准站的观测点位选择和系统设置。野外工作时，测站位置的选择对观测数据质量、无线电传播影响很大。但是流动站作业点只能由工作任务决定观测地点，所以基准站位置选择非常重要。基准站的系统设置包括：建立项目和坐标系统管理、基准站电台频率的选择、GPS RTK 工作方式的选择、基准站坐标的输入、基准站工作启动等。

3.1.2 流动站GPS 的设置。流动站GPS 的设置包括：建立项目和坐标系统管理、流动站电台频率的选择、有关坐标的输入、GPS RTK 工作方式的选择、流动站RTK 工作启动、测量地形点等。

3.1.3 中继站电台的设立。中继站可以起到避免障碍物的作用：一它可以接受来自基准站的信号，又可以将其发送出去供流动站使用；二中继站电台只转发信号，不必安排在已知点上，安全可以按需求任意安排位置。

3.2 网络RTK 测量 实时网络RTK 服务，是利用基准站的载波相位观测数据，与流动站的观测数据进行实时差分处理，并解算整周模糊度，其定位精度很高，可以达到厘米级定位精度。网络RTK 不需要架设基准站，测量效率大大高于传统的RTK。根据其解算模式可分为：单基站RTK技术、虚拟基站技术（VRS）、主副站技术（MAC）。

4 RTK 技术的应用

4.1 控制测量 由于水利工程大部分位置偏远，高等级控制点较少，工程测量经常需要对河道、渠道等进行带状地形测量和纵横断面测量。采用传统的导线测量和水准测量的控制测量方法容易受到地形和天气等因素的影响，内外业工作量太大。而采用RTK 技术则大大提高工作效率，省时省力，节约成本。只需要测区附近有4 个以上高等级控制点，或者采用网络RTK 技术。

4.2 地形测量 农田水利工程许多需要现场选址，施测小片地形，现场选址需要根据高程坐标等数据进行参考来确定位置。RTK 快速定位和实时得到坐标的特点较好的满足现场定线、选址，更好的提供高精度的数据资料。RTK 进行地形测量避免了连续搬站的累积误差，需要的测量人员较少，即保证了碎部点的点位精度，又提高了工作效率。

4.3 断面测量 很多水利渠道工程需要施测纵横断面图来计算土石方量，进行工程预算。在RTK 手簿中输入设计线形后，RTK 可以实时地提供渠道纵向、横向方向，渠道的桩号以及到中线的距离，便于断面高程点的施测。

4.4 施工放样 常规的全站仪放样要求通视情况良好的条件，且需要2-3 个人员进行操作。全站仪放样是方向和距离的放样，设定好方向后在这个方向上前后移动。而RTK 放样直接就是放样坐标，手簿上显示距目标点的距离。RTK 还可以进行直线和曲线的放样，对一条直线上没有坐标的位置可以进行放样。这在拆迁放样中起到十分重要的作用。在房屋拆迁时，通视困难，而且经常需要在拆迁线与建筑物交叉点添加放样点，这时利用RTK 放样直线就可以解决这个问题。

5 RTK 的局限性与质量控制

5.1 受卫星信号影响 RTK 工作主要就是依靠卫星信号，卫星状况直接影响RTK 工作精度。这个问题可以通过查看星历预报，选择较好的作业时间，避开卫星状况不好的观测时间。

5.2 数据链传输受干扰和限制 RTK 电台信号的传输容易受到高大建筑物、山体、高频率电磁波信号等干扰，严重影响RTK 外业精度，因此合理选择基准站的位置非常重要。

5.3 RTK 测量成果质量控制 ①已知点校核法。用RTK 去测量已知的控制点（不含校正点）坐标进行比较，检验RTK 精度。②重测比较法。每次初始化成功后，重测2-3 个点坐标，确认无误后开始测量。③双基准法。架设2个基准站进行RTK 测量，改变流动站频率进行两次测量，检查重合点坐标。

6 结语

GPS RTK 技术在测量中有其明显的优势，但也有其不足。如何在保证成果精度的前提下提高工作效率，将是一个永远的论题。RTK 技术的发展，如双星系统、VRS 等，正在改善RTK 定位的距离和质量，减少初始化时间，增强其可靠性和抗干扰能力。完善的RTK 技术将会更好的服务于测量事业。

[1]徐绍铨，张华海等.GPS 测量原理及应用（第二版）[M].武汉大学出版社，2003.

[2]国家质量技术监督局.GB/T18314-2009，全球定位系统（GPS）测量规范[S].2009年6月.

[3]国家测绘局.CH/T2009-2010，全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范[S].2010年5月.