网络RTK技术在水利勘测中的应用

李冬平，何德俊，周 锋，蔡 冰

（1.湖北省水利水电科学研究院，湖北 武汉 430070；2.湖北省测绘工程院，湖北 武汉 430074

1 网络RTK的工作原理

连续运行参考站系统（CORS）是集成GNSS导航定位、无线通信、计算机、测绘等多种技术，提供移动定位、动态连续的空间框架等空间位置信息服务的系统。CORS的工作原理是利用现代计算机技术对海量数据进行优化，以公共通信网络为传输手段，实时地向不同类型、不同需求的用户自动提供经过检验的不同类型的GPS观测值（载波相位、伪距），各种改正数、状况信息，以及其他相关GPS服务项目[1]。

常规RTK技术需在测区内或附近控制点上架设基准站，并已知站点坐标，对流动站的误差改正信息也未包含对流层、电离层等误差改正，CORS有效克服了上述缺陷，不仅提高了基础测绘的精度，而且经济实用。网络RTK差分信息的生成方式包括虚拟参考站法（VRS）、区域改正数法和主辅站技术（MAC），其中VRS的建站技术更加成熟[1]。

VRS是现有CORS系统中广泛采用的一种网络RTK技术。其工作原理为：流动站作业时先通过GPRS、CDMA或WCDMA（3G）等无线通信网络向数据中心发出服务请求，并将流动站的概略位置回传给数据中心，数据中心利用与流动位置最近的3个基准站的观测数据和误差模型，生成一个应用于流动站概略位置的VRS；再将这个VRS的改正数信息发送给流动站；最后流动站结合自身的观测数据实时解算得到其所在位置的精确坐标，见图1。

与传统RTK测量作业方式相比，网络RTK的主要优势为：①覆盖面积更广、作业距离更长，一般服务半径可达40 km；②可全天候、全天时进行观测，即不受天气和时间的影响；③更有效地消除或削弱了各种系统误差的影响，可获得更高精度和可靠性的定位结果；④无需架设参考站，真正实现单机作业，减少了架设基站的费用；⑤使用固定可靠的数据链通信方式，减少了噪声干扰；⑥随距离的增加，定位精度衰减较小，而常规RTK在流动站、基准站间距大于5 km后定位精度就会大幅衰减。

图1 VRS工作模式示意图

2 项目概况与内容

本文以湖北省某河道生态综合治理工程为例，测区地势属于山地，交通不便，通视条件不好，工作任务重。项目采用基于HBCORS的网络RTK技术进行控制点测量、地形测量以及纵横断面测量等勘测工作。

项目主要测量内容包括：①1∶1 000带状地形图，含水下地形，长度约为13.1 km，沿河两岸各150 m；②1∶500带状地形图，含水下地形，长度约为2.5 km，沿河两岸各200 m；③沿河的纵横断面图，总长为15.6 km，纵断面比例尺横向采用1∶1 000，竖向采用1∶100，横断面比例尺横向采用1∶500，竖向采用1∶100，其间隔根据河段分别为50 m、100 m和200 m。

项目的坐标基准为：平面系统采用1954北京坐标系，高程系统采用1956年黄海高程系；作业依据为GB 50026-2007《工程测量规范》[2]和CJJT 73-2010 《卫星定位城市测量技术规范》[3]。

2.1 控制点测量

根据后续使用常规测量方式进行工作的需要，在测区沿线埋设一定数量的等级控制点。一般情况下，带状地形图测量应在沿线每5 km布设一对四等平面控制点，然后在四等控制基础下加密一级控制点。GB 50026-2007《工程测量规范》规定：平面控制点按精度高低可分为二等、三等、四等、一级和二级[2]。根据工程实际需要，为降低工程成本和提高作业效率，项目不布设四等控制点，而直接沿线布设一级平面控制点，并采用基于HBCORS系统的网络RTK控制点模式进行测定。高程采用湖北省似大地水准面精化模型进行高程异常改正，成果高程中误差≤10 cm，精度可达五等水准。

项目中带状地形图的总长度为15.6 km，沿河道两 岸共布设了5对（相邻点边长约为500 m）一级控制点，各对控制点相互保持通视。为检验基于HBCORS系统的网络RTK控制点模式的精度，同时采用基于HBCORS的GNSS静态定位平面成果（按四等观测要求）和四等水准高程成果，与网络RTK控制点成果进行比较。

表1 两种方式的成果较差表/m

采用两种方式求解的成果较差如表1所示，可以看出，两种方式求解的成果平面较差最大值为0.025 2 m，平面中误差为0.015 8 m；高程较差最大值为0.064 8 m，高程中误差为0.029 4 m，完全满足一级控制点的精度要求[3]。

另外采用全站仪对各对控制点的距离进行检测，边长较差均小于±2 cm，相对中误差均小于1/14 000。根据测量实践表明：网络RTK控制点可达到一级控制点的精度要求[4]。

2.2 带状地形图测量

地形图测量采用全野外数字化测图方法。以基于HBCORS系统的网络RTK模式进行数据采集，部分地区以全站仪野外测图为补充。对于全野外数字化测图，网络RTK模式极大地降低了作业的劳动强度，提高了工作效率。与传统单纯的全站仪测图模式相比，网络RTK模式具有以下优势：

1）野外作业仅需一台GNSS接收机和一台电子手簿，减少了设备和人员的配置。

2）真正实现了野外采编一体化作业模式，能实时显示碎部点位置，降低了成图的出错率。

3）所有采集数据的精度分布是均匀的。

4）对于建筑物密集或卫星遮挡严重的地区，先利用网络RTK快速测定图根点，再采用常规RTK或全站仪进行碎部点的数据采集。利用网络RTK设立图根控制点具有很大的灵活性，图根点的点位误差也不会因需布设传统图根导线而产生误差积累。

在水下地形水深测量工作中，对于较浅水域，一般借助船只配合测深杆完成即可；对于较深或水流湍急水域，一般借助船只配合测深仪来完成，其平面位置测量均采用网络RTK模式。

按照GB 50026-2007《工程测量规范》对1∶500地形图的要求：一般地图上地物点的点位中误差应≤±0.8 mm，实际点位中误差应≤±0.4 m；当等高距为0.5 m时，等高线内插点的高程中误差应≤0.25 m。而采用基于HBCORS系统的网络RTK模式测量时，其标称点位中误差可达≤±5 cm，高程中误差可达≤±10 cm，满足地形图的精度要求[5]。

2.3 纵横断面测量

将网络RTK技术应用于纵横断面测量，其最大优势为可事先在电子手簿上规划好各纵横断面的剖面线，然后在野外作业时直接沿剖面线测设碎部点，可避免点位采集时跑偏或遗漏。

纵横断面测量的主要精度要求在于对高程的精度要求，在GB 50026-2007《工程测量规范》中没有对河道测量进行规定，以《水利水电工程测量规范》为参考，其高程中误差应不大于0.1 m，基于HBCORS系统的网络RTK模式测量高程是经过湖北省似大地水准面精化模型改正后的高程，经实践测试验证高程精度可达±0.037 8 m[6]，远远高于纵横断面测量的高程精度要 求。

3 结 语

随着我国北斗地基增强系统的建设，国内各区域的CORS系统将面临升级改造。经实践测试，北斗地基增强系统满足全天候95%覆盖的mm级事后静态定位和cm级RTK定位精度要求，GPS+BDS组合较单GPS、BDS在静态或动态RTK定位具有更高精度和可靠性，时间可用性可达到98.8%[7]。国内各区域CORS的互联将提供一个统一的基准，有效解决不同行业、不同部门之间的坐标系统差异问题[8]。网络RTK技术与似大地水准面精化技术的结合，确保了平面和高程精度可满足一般工程测量的精度要求，减轻了测绘工作的劳动强度。

[1] 曾庆化,刘建业,赵伟,等.全球导航卫星系统[M].北京:国防工业出版社,2014:199-204

[2] 中华人民共和国国家质量检验检疫总局,中华人民共和国住房和城乡建设部.工程测量规范:GB 50026-2007[S].北京:中国计划出版社,2007

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.卫星定位城市测量技术规范:CJJT 73-2010[S].北京:中国建筑出版社,2010

[4] 侯晋华.基于SXCORS网络的RTK技术在控制测量中的应用及精度分析[J].测绘与空间地理信息,2017(4):139-140

[5] 李剑,张扬,谢华莉,等.HBCORS实时动态定位性能测试与分析[J].测绘信息与工程,2012(2):32-34

[6] 湖北省测绘工程院.湖北省连续运行定位服务系统(HBCORS)技术报告[R].武汉,2011:85

[7] 丁乐乐,戈乐乐,冯媛媛,等.天津市北斗地基增强系统性能测试及分析[J].工程勘察,2017(3):64-68

[8] 黄俊华,陈文森.连续运行卫星定位综合服务系统建设与应用[M].北京:科学出版社,2009:312-313