水利工程控制测量中GPS RTK技术的应用与精度分析

冯文军

(重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆 401120)

水利工程控制测量中GPS RTK技术的应用与精度分析

冯文军

(重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆 401120)

针对水利工程控制测量专业中GPS RTK技术的应用问题，结合某地区防洪工程实际情况，在简述GPS RTK技术优势与原理的基础上，从误差来源与计算入手开展GPS RTK技术测量精度分析，并通过分析得出GPS RTK技术满足五等导线控制点对于限差提出的要求，可在低等级的控制测量作业中应用的结论。

水利工程控制测量；GPS RTK技术；误差分析；精度分析

如今，GPS RTK技术已经是水利工程控制测量常用手段，无论是在提高测量效率还是保证测量精度上都具有十分重要的作用。但由于误差因素的影响，使得GPS RTK技术应用存在精度方面的问题，需根据情况进行精度分析，以满足工程要求。

1 GPS RTK技术优势

GPS RTK技术的出现为以往工程测绘专业带来了一次彻底的技术革命。GPS RTK技术不仅具有操作方便、准确度高、受外界因素影响小等特点，还能实现平面实时定位，且自动化程度极高。通过实践，可将GPS RTK技术优势总结为以下3个方面：

1)可对定位的精度进行实时掌控，而且实际操作十分简单。

2)支持碎部地形地貌的快速测绘，还可实现数字成图。

3)可在事前对设计点的坐标进行输入，以此完成下程放样。

然而，GPS RTK技术存在一定应用局限性，使其在某些情况下无法满足精度要求。鉴于GPS RTK存在众多技术优势，在有效克服技术应用局限性等问题的前期下，在某地区防洪工程测绘中尝试使用GPS RTK技术，并对其测量精度进行分析。

2 定位原理

GPS RTK是将实时载波相位差分作为基础的动态定位和测量技术。在GPS RTK技术中，基准站不仅对卫星数据进行采集，还要借助数据链等站点的坐标信息与观测值传输到流动站。而流动站则需在数据采集基础上接收基准站发出的数据链，同时在相应系统中完成实时数据的载波相位差分，最终给出定位的结果[1]。GPS RTK技术还可以分成差分法与修正法。其中，修正法是指将修正值传输到流动站，对站内载波相位进行改正处理，由流动站对坐标信息进行求解，这种方法也被称之为准GPS RTK；差分法主要将基准站中的载波相位传输到流动站中，然后由流动站对坐标信息进行差分求解。

3 误差来源

该防洪工程使用TOPCON HIPER双频GPS接收机，其在静态测量模式下的平面精度可保持在3mm+1ppm×D。GPS RTK测量模式下的平面精度一般为10mm+1.5ppm*D。以上的D值表示基线距离。通过分析，测量误差主要来源于以下3个方面：

1)GPS卫星星历误差、钟误差及受相对论效应的影响；

2)信号传播过程中受到对流层与电离层以及多路径效应等因素的影响；

3)接收信号的过程产生误差，或其他外部因素影响。

4 实际测量误差与精度分析

静态GPS RTK点是指在测区中按5km间隔进行布置的测点，一般与已知点实施联测，再利用后处理计算机软件实施平差转换，求取测区转换参数的均值，这些测点主要是在复合形式的限差条件下完成平差，因此转换参数具有很高的精度。在此基础上布设相应的导线控制测量，这样可使起算精度具有一致性[2]。在后续操作中，会对测点测量精度造成影响的因素有：

1)基准站架设产生的中误差，用m站表示。

2)GPS接收机的标称精度，用m标表示。

3)数据解算软件精度，用m解表示。

4)对中杆误差，用m对表示。

以上4种误差都是偶然性误差，而且不同误差相互独立，不存在关联。

针对这4种误差分析测量精度：

1)m站：误差表现为基准站天线中心无法与控制点处于同一条垂直线。通常采用水准器确保二者处于同一条垂直线。水准器还可分为管状水准器与圆状水准器。其中，圆状水准器的中央为球面，球面顶点是水准零点，而分划则是将零点作为圆心的标准圆，其半径相对较小。管状水准器内部为旋转弧面，管中注有液体，液体具有流动性强、附着能力弱且冰点低等特点，水准器外部设有分划线。

圆心角的角度(2mm)是衡量与判断水准器是否精确的关键指标。本工程选用圆状水准器，其指标精度为8分。根据测量的几何关系，由基座完成光学对中，对中受指标精度方面的影响即为对中偏离垂直线的角度。采用这一方法可推算出m站大小。

m站=Hi×tan(8’)

(1)

式中：Hi为仪器高度，本次测量取1.5m。代入数值进行计算可得m站=3.49mm。

2)m对：m对的计算公式为：

m对=Ht×tan(8’’)

(2)

式中：Ht为杆高度，本次测量取2.0m。代入数值进行计算可得m对=4.65mm。

3)m标：测量中，有效作业半径一般不会超过5km，根据GPS RTK的标称精度可对接收机误差进行推算，计算公式为：

m标=10mm+1.5×5km/1.0km

(3)

经单位换算和计算可得：m标=17.5mm。

4)m解：对于数据解算软件精度，其主要与观测时间有关。一般情况下，随观测时间的延长，所需解算时间越长，解算结果的精度也就越高。多数情况下当解算结果精度≤3m时就可以对解算数据进行保存，故m解=3mm。

5)在得出上述四种误差后，即可使用误差传播定律对测点精度进行计算，计算公式为：

m测2=m站2+m标2+m对2+m解2

(4)

式中：m测为测点精度，代入以上数值进行计算可得m测=18.7mm。

结合不同的测量距离，对点位误差、相对于基准站的精度、最弱点的点位精度以及边长相对差进行估算，估算结果如表1所示。

表1 不同测量距离下的精度估算结果

通过对表1和相应技术要求的对比可得，当测量距离<4km时，测点所有误差都在五等导线的限差之内。因此，采用GPS RTK技术对控制点进行测量，满足五等导线控制点对于限差提出的要求，可在低等级的控制测量作业中应用。

5 结 语

基于GPS RTK技术的工程控制测量彻底改变了以往由高至低的测量模式，可在控制点下对图根点进行直接布设，不存在积累误差的现象。此外，测量作业仅需2-3人即可完成，无需人工记录，显著提升测量效率。而且不同控制点之间还不需要实现通视，受时间与天气气候等因素影响小，支持全天候作业。

[1]杜珍应.GPSRTK技术在水利工程控制测量中的精度分析[J].煤炭技术,2014,10(05):118-119.

[2]刘子路.GPSRTK技术在控制测量中的应用及精度分析[J].交通科技与经济,2014,11(04):80-82.

1007-7596(2017)08-0170-02

2017-07-23

冯文军(1979-)，男，四川邻水人，工程师，从事测绘方面工作。

P228.4

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