GPS-RTK测量技术在册田灌区地形图测量中的应用

李殿龙

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

GPS-RTK测量技术在册田灌区地形图测量中的应用

李殿龙

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

地形图测量中图根控制点测量是基础，外业数据采集工作量巨大。GPS-RTK测量技术具有定位速度快、测量自动化、工作条件低、精度高等优点。若将其引入1∶1000地形图测量，既减少人力资源投入又可大大提高作业效率，降低作业成本。通过分析GPS-RTK测量技术的工作原理、技术要求和精度影响因素，提出改进和优化办法。

GPS-RTK；地形图测量；测量精度；册田灌区

1 概述

桑干河册田灌区续建配套与节水改造工程，位于大同市大同县和阳高县境内，属丘陵山地地型，沟壑纵横，植被主要是荒草和幼松，测区有县乡公路通过，交通便利，但正值春夏交替季节，风力较大，温度较高。项目主要是为册田水库水资源开发应用，提供农业灌溉用水。为提高单位面积产量，改变灌区农业生产的落后面貌，对推动全市发展农业生产、增加农民收入和加快新农村建设具有十分重要的意义。

2 GPS-RTK测量技术

2.1 工作原理

GPS-RTK测量技术是建立在实时处理基准站和流动站的载波相位基础上，实时差分GPS测量技术，能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。其工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于流动站上，基准站和流动站同时接受同一时间相同的GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。由于基准站与流动站的距离较近，两站上空的气象条件近似相同，进而两站在GPS单点定位过程中的误差（主要为对流层误差和电离层误差）近似相同，故基准站得到的差分改正值与流动站的差分改正值可看作相等量。这样，就可以将基准站算得的差分改正值及时通过无线电数据链电台传递给流动站以精化其GPS观测值，得到经过差分改正后流动站较精确的实时位置。GPS-RTK系统由基准站（静态GPS接收机、电瓶、中继站电台、连接线）、流动站（动态GPS接收机、手薄、天线）及软件系统组成。

2.2 工作方法

GPS-RTK的工作方法分为一个基准站和多个移动站组成的测量系统。首先把基准站架设在距离图根控制点较近的视野开阔无水源地、无高压线、无树林等自然因素影响较大的地方。移动站需要在两个或两个以上图根控制点上进行参数转换测量，测量的图根控制点越多则计算转换参数的精度越高，越接近图根控制点真实值。这个过程称为初始化，初始化完成后即可开始测量。流动站到待测点上，当手薄屏幕显示固定解5～10s后方可按手薄上的A键并及时按Enter键，求得基准站到流动站的高精度的当地坐标系统三维坐标差。最后把流动站中的手薄与装有南方CASS成图软件的计算机用数据线连接起来，打开南方CASS成图软件成果输出命令转化成三维坐标。

2.3 技术要求

卫星状态要求：高度截止角15°、采样间隔15″；在锁定卫星6颗以上、PDOP值不大于5、卫星几何图形强度≤6。对3个E级点及水库原有高程点采用三角架进行观测。E级控制点主要技术要求如表1。

表1 E级控制点主要技术要求

流动站技术要求：观测开始前应进行初始化，扶稳移动站杆使水平气泡居中，并得到固定解，固定解持续5～10s后测量。作业过程中，如出现卫星失锁，应重新初始化；出现死机现象时，应重新装电池再开机初始化，并测量重合点，合格后方能继续作业。当测区面积较大时，需要搬动基准站，重新架设基准站并对测量2个以上E级控制点求出转换参数，求出当地坐标系统三维坐标差。

3 GPS-RTK技术测量精度影响因素分析

影响GPS-RTK测量技术精度因素较多，通过分析和研究，并在作业中采取相应措施，可减小相关因素的影响，提高测量精度和可靠性。

3.1 GPS-RTK系统自身影响

GPS-RTK系统本身因技术能力的不同，使其技术性、使用性无法控制。但可通过对人员操作过程及观测方法的改进削弱这些系统因素的影响。作业过程中严格按照规范要求，测量时有6颗或更多卫星，解算速度越快数据越可靠。PDOP值越小点位精度衰弱因子越好，且固定解持续时间越长越好。

3.2 作业范围限制

GPS-RTK测量的数据处理过程是基准站和移动站之间的基线处理过程，基准站和移动站的观测数据质量好坏和无线电台的信号传播强弱对定位结果影响较大，故基准站位置选择至关重要。基准站距离移动站距离越大，固定解的时间就越长，精度就会降低，因此基准站距移动站距离一般为3km之内。本次测量基准站距移动站最大距离为1.5km。

3.3 观测方案影响

观测方案的主要内容有基准站位置的选择、坐标系统的选择、历元数等。基准站位置选择在视野开阔、周围无高大遮挡物、无通讯发射塔的地区。基准站全部架设在控制点上，同时移动站对2个以上同级别控制点进行参数转换，确保起算数据的准确。

GPS-RTK测量实践表明，只要技术人员具有一定专业技术能力和较强的工作责任心，即可避免系统误差对观测值的影响。

4 应用实例及精度分析

西册田分灌区压力管线及北干分灌东四干渠1/1000地形图测量，每千米需布设测点90～180个，整个测区加密图根点4500～6000个。如果采用传统的测量方法现进行首级控制测量，然后在D级导线控制测量及图根控制测量，工作量非常大，不仅需要大量的专业技术人员，耗掉大量的财力和物力，还要延长施工时间，为了在有效时间内完成测量任务，决定用GPS-RTK测量方法代替传统测量方法。

4.1 精度分析

根据上述方法，在测区进行了观测，并抽出部分数据用重复观测值进行比较，采用3个基准站比较法、快速静态GPS-RTK检测法3种方法。

4.1.1 重复观测值比较

在测量点数据库里选取30个图根控制点进行3次重复观测，经数据比较得出：平面较差最大6mm，高程较差最大8mm。

4.1.2 3个基准站观测值比较

为了证明基准站位置的不同对精度的影响，分别把3个基准站架设在50个控制点范围内不同位置，3个测量成果为：ΔXmax=11mm，ΔYmax=9mm。点位最大偏差ΔPmax=7mm，高程最大较差ΔHmax=13mm。计算其平均较差为：ΔX=7mm，ΔY=6mm，ΔP=4mm，ΔH=10mm。

4.1.3 快速静态GPS-RTK检测法

为了更好地检验观测数据的可靠性，选取20个实测点进行了比较，结果如下：ΔXmax=9mm，ΔYmax=7mm。点位最大偏差ΔPmax=6mm，高程最大较差ΔHmax=11mm。计算其平均较差为ΔX=1mm，ΔY=4mm，ΔP=2mm，ΔH=3mm。

通过数据精度可以看出，采用RTK实施测量，大大提高了实测点的观测精度，确保了测量成果的可靠性，而且与静态定位相比较，节省了人力、物力，提高了外业工作效率，减少了快速静态观测内业数据的处理工作。从以上数据得出RTK技术满足不同比例尺地形图测绘的精度要求。实践表明，RTK技术以其测绘速度快、测绘成果精度高、操作简单、携带方便等优点，在工程测绘领域发挥了重要作用。

4.2 作业时间比较

在进行快速全站仪测量的同时，对作业时间进行了记录，结果见表2。

表2 快速全站仪测量和RTK测量时间对比

根据表2分析可知：在测量同一实测点，受对中整平及自然条件的影响，使用全站仪至少需要13min，而RTK只需要9min，如果同时测同一个实测点能提高60%的效率，且测量成果数据精度满足规范要求。从测量所用的总时间比较，可节省160d，测量时间得到了有效保证。

5 结语

RTK技术优势在于定位速度快、测量自动化、工作条件低，不受天气、通视条件的限制，控制测量操作简便、机动性强、测量成果精度较高、满足各种比例尺地形图的需要。可大大提高测量工作效率。减轻测量工作人员的负担，节省人力、物力、财力。同时应用RTK技术测量时无需光学通视，可完成复杂地形的高精度测量，满足各种比例尺地形图的需要。在布设首级控制网的同时，可直接加密及控制测量，减少了内业误差累计，不需要逐级布设，节省了工作流程，提高了工作效率。此外，不受天气、通视条件的限制，控制测量操作简便、机动性强，工作效率较快，具有广阔的应用前景。

U652.6+2 ［

］C ［

］1004-7042（2016）07-0039-02

李殿龙（1974-），男，2012年毕业于太原理工大学水利工程专业，工程师。

2016-05-08；

2016-06-17