网络RTK技术在水工测量中的应用

高红光，魏 强，吴成群

（1．内蒙古自治区水利水电勘测设计院，010020，呼和浩特；2．内蒙古自治区测绘院，010051，呼和浩特）

网络RTK技术在水工测量中的应用

高红光1，魏 强2，吴成群1

（1．内蒙古自治区水利水电勘测设计院，010020，呼和浩特；2．内蒙古自治区测绘院，010051，呼和浩特）

全球卫星定位系统；常规RTK；网络RTK；水利工程测量

随着全球卫星定位系统（GPS）技术的发展以及我国自行研发的北斗卫星导航系统2012年完成对亚太地区的全面覆盖，GPS技术特别是实时动态测量系统（RTK）在测量中的应用越来越广泛。与传统测量技术相比, GPS RTK技术因其定位精度高和测量的实时性、高效性与全天候性，将逐步取代传统测量成为大地测量、工程测量、城市规划测量、变形监测、水利工程测量等工作领域的主要测量作业手段。然而受基准站和流动站间距离、周边测量环境及电台功率衰减的影响，常规RTK测量的数据传输效果和精度都受到很大限制，为了克服这些缺陷，且随着Internet技术、无线通信技术和计算机网络管理技术的高速发展，网络RTK技术目前在测量领域受到了高度重视。

一、常规RTK技术与网络RTK技术

RTK（Real—time kinematic）实时动态测量是全球卫星导航定位技术与数据通信技术相结合的载波相位实时动态差分定位技术，能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，是GPS应用的重大里程碑，极大地提高了测量外业作业效率。

常规RTK作业模式由基准站、流动站、电台和数据链组成。其工作原理是以测区内高等级控制点作为基准点,安置一台GPS接收机作为基准站,对卫星进行连续观测,流动站上的GPS接收机在接收卫星信号的同时,通过无线电传输设备接收基准站上无线电台发来的基准站的观测值和测站坐标信息,流动站上的GPS手簿根据相对定位的原理实时解算整周模糊度未知数并计算显示流动站的三维坐标，同时给出厘米级定位结果。

常规RTK技术在水利测量应用中遇到的最大问题就是参考站校正数据的有效作用距离和无线数据链电台信号衰减带来的对作业半径的制约。GPS误差的空间相关性随参考站和移动站距离的增加而逐渐失去线性，因此在较长距离下经过差分处理后的用户数据仍然含有很大的观测误差，从而导致定位精度的降低和难以正确确定整周模糊度，无法获得固定解。为了保证得到满意的定位精度，常规RTK的作业半径就会受到极大限制。而且无线数据链电台信号在传输过程中易受外界环境影响，如高大建筑物、山体、树林和各种高频信号源的干扰，使得无线电信号在传输过程中衰减严重，这也是一个制约常规RTK的测量精度和作业半径的重要因素。

为了克服常规RTK技术作业半径受限的缺陷，并随着Internet技术、计算机技术和无线通信技术的快速发展，人们提出了网络RTK技术。网络RTK是由基准站网、数据处理中心、数据通信链路和用户组成，它集Internet、无线通信、计算机网络管理和GPS定位技术于一体，有效地克服了常规RTK测量中测站间距的限制，且不需要架设基准站，在保障了测量精度的条件下，其有效测量距离可以达到几十甚至上百km。

网络RTK技术是在一定区域内建立多个基准站，对该地区构成网状覆盖，并进行连续跟踪观测，通过这些站点组成卫星定位观测值的网络解算，获取覆盖该地区和该时间段的RTK改正参数，该区域内RTK用户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，通过差分消去了绝大部分误差。在网络RTK技术中，常规RTK测量中的线性衰减的单点GPS误差模型被区域型的GPS网络误差模型所取代，即用多个实时或虚拟的参考站组成的GPS网络来估计一个地区的GPS误差模型，并为网络覆盖地区的用户提供校正数据，而用户收到的也不是某个实际参考站的观测数据，而是一个虚拟参考站的数据和距离自己位置较近的某个参考网格的校正数据，所以网络RTK技术在不受基准站距离限制下，可以实时提供精度均匀的厘米级定位服务，而且比传统的常规RTK测量效率提高30%左右。网络RTK根据其解算模式又可以分为单基站RTK技术、虚拟基站技术（VRS）、主副站技术（MAC）。随着网络RTK技术的快速发展，其在国内外测量领域已有较广泛的应用。

二、网络RTK技术在水利工程测量中将应用广泛

水利工程项目的测量内容主要有控制测量、河道地形图、输水线路地形图、河道横断面、渠道和堤防纵横断面测量等。这些测量的一大特点就是测区呈细条的狭长带状分布，导致测量过程中为了保证测量精度和流动站信号的稳定性需要频繁迁移基准站而影响了测量效率。而网络RTK技术的应用则很好地解决了这些问题，不仅提高了测量作业的效率也保障了测量精度。

以黄河内蒙古河段河道横断面测量项目为例。该项目作业范围为沿黄河测量黄河河道横断面，由于河道为狭长形状，且每条黄河河道横断面布设间距在5km左右。由于黄河河道的影响，测量过程中采用每条断面左右岸分开测量的方法进行测量。如果采用常规的RTK测量方法，为了保证测量的精度及流动站差分信号的稳定，架设一次基准站的无线数据链信号最多能使流动站测到4条断面，完成这几条河道横断面后就需要搬移重新架设基准站，还需要重新校核，这中间至少浪费了1个小时时间，每个作业人员每天最多仅能完成3条断面的测量。而如果采用网络RTK测量，作业过程中不会出现因离基准站过远、流动站无法达到固定解需要重新建设基准站的情况。为此本项目采用了基于中海达CORS基站的网络RTK测量模式，网络RTK技术在本项目中的应用使得平均每个作业人员每天能完成4～5条河道横断面的测量，工作效率提高了近40%（图1）。

图1 黄河内蒙古段河道横断面布置及河道走势局部图

为了验证网络RTK测量精度和信号稳定性与基准站距离之间的关系，在本项目测量过程中特意安排一天时间对沿线黄河两岸布设的约100km范围内的25个D级GPS控制点采用网络RTK方法进行观测，最终将观测结果与控制点成果进行比对，比测精度如表1。

表1 比测精度比对表

经统计，平面定位中误差为0.015 m，高程定位中误差为0.011 m，平面及高程精度均满足 (SL 197—2013)《水利水电工程测量规范》的技术要求。使用网络RTK技术不仅大大提高了工作效率，节约了人力资源，而且在测量过程中只要有稳定的手机网络信号，流动站达到固定解的时间均不会超过10 s。

三、结 论

利用网络RTK进行测量不受天气、地形、通视、作业范围等条件限制，操作简单、机动性强，不需要专门架设基准站节约了一台GPS接收机的物力成本，不需要安排固定人员留守看护基准站节约了人力成本，不需要测量过程中因基准站无线数据链信号距离受限而搬迁基准站，节省了时间成本。网络RTK测量的精度不仅不受到距离影响，而且误差分布均匀，不存在误差积累问题。网络RTK技术与常规RTK技术相比，无论是在作业领域、作业范围、测量精度、可靠性和工作效率性等方面均具有非常大的优势，必将带来测绘行业的一次巨大飞跃和变革。随着通信技术、Internet技术的不断发展，网络RTK测量技术必将在更广阔的领域得到更多的应用，水利工程建设测量也受惠其中。 ■

[1]叶成涛,等.浅析网络RTK测量技术的应用及前景[J].建筑工程技术与设计,2014（12）.

[2]生仁军,等.网络RTK与PPP定位模型研究及试验分析 [J].测绘通报, 2010(5).

[3]全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范（CH／T 2009—2010）[S].2010.

[4]史先领,等.网络RTK中几种实用技术的分析比较[J].海洋测绘,2006(5).

责任编辑 李建章

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：1000-1123（2016）06-0058-02

2016-02-27

高红光，高级工程师。