GPS RTK技术在渭洛河淤积测验中的应用研究

◎刘迎新

1 GPS RTK测量原理

GPS RTK技术的工作原理是：基准站以及移动站同时接收四颗以上的相同卫星（初始化则要求五颗）进行载波相位观测。设置在坐标精确的已知点上的基准站，在跟踪载波相位测量的同时通过数据链将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发射出去；移动站在各待定点上依次设站观测，在接收GPS信号进行载波相位观测的同时通过数据链接收来自基准站的载波相位差分及相关数据，实时解算WGS-84坐标系的坐标，并根据控制器上设置的转换参数以及投影方法实时计算出移动站的坐标和高程。

2 GPS RTK技术优点

2.1 作业效率高。在一般的地形地势下，RTK设站一次即可测完5km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数。仅需一人操作，几秒钟即得一点坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率。

2.2 定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。

只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为5KM），RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。

2.3 降低了作业条件要求。

RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”，因此，和传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小。在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。

2.4 作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大。

RTK可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。

2.5 操作简便，容易使用，数据处理能力强。

只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便快捷地与计算机、其他测量仪器通信。

3 GPS RTK技术在渭洛河淤积测验的实际应用

为给黄河三门峡水库的优化调度、黄河中下游的防汛决策及黄河流域调水调沙、水资源统一管理以及三门峡库区渭洛河治理提供科学依据并为多泥沙河流的研究治理提供原型观测资料，黄河三门峡水库建成前后，共在渭洛河布设淤积断面74条。50年来一直沿用传统的经纬仪、水准仪、全站仪等方法进行施测，施测手段落后，工作效率较低。

为了提高渭洛河淤积测验外业工作效率，通过对比试验探讨以GPS-RTK技术代替传统测量仪器进行渭河淤积断面测验传统方法的可行性，进一步探索推广GPS定位技术在江河水库淤积测验中的应用。2008年10月10日～20日，由陕西水环境勘测设计研究院测绘总队在渭河渭淤16（二）断面、渭淤17断面和渭淤1+1（一）、渭淤 1、渭拦 10、9、7、5、4 断面两个区段进行了GPSRTK定位技术在渭河淤积测验中的实际应用对比测试。

3.1 测试仪器

基准站采用美国天宝GPS 5700,流动站采用美国天宝GPSR6，GPS仪器标称精度平面精度为10mm+1ppm；高程精度为20mm+1ppm；地形测量采用瑞士徕卡TCR802全站仪，测角精度2"，测距精度2mm+2ppm；五等水准测量采用徕卡NA2水准仪，每公里往返测中误差≤0.7mm。

3.2 选取精度高、可靠性高的测区基本控制点作为GPSRTK测量的工作基准。

利用2004年布设的D级GPS分渭淤16（二）—渭淤17段、渭淤1+1—渭拦4两个区段求解转换7参数。利用的已知校正点分别为：D083、D086、D088、D091；D163、D166、D172、D175、D178、D182校正结果满足测量规范要求，校正总结见下表：

3.3 GPSRTK定位精度实验

选取一个GPSRTK测量基准网点，架设基准站，流动站实测了D级GPS点5个、9个断面的水边高程和72个断面地形点。

3.4 GPSRTK精度评定

（1）RTK测量结果与静态测量的5个D级GPS点比较平面最大差值为-0.021m，高程最大差值为-0.011m，可以认为RTK成果精度达到了厘米级。具体校核精度见下表。

（2）GPSRTK与全站仪测量相同地形点、桩志校核点共72个，其中起点距相差最大值为0.742m,高程相差最大值为0.130m，满足《淤积测验规范》规定起点距不超过3m，高程不超过0.2m的规定。

（3）GPSRTK与五等水准测量断面水边高程对比：RTK共实测9条断面水边高程，与水准测量水边高程最大差值为0.096m，满足《淤积测验规范》规定的与水准测量的水边高程差值不超过0.2m的规定。详见下表3。

表1 校正后果总结表

表1 校核精度表

4 结论

GPSRTK在渭河淤积测验的试验应用，与传统的测量仪器的测量相比，它有着省时省工且精度高等特点，也减少断面桩志的埋设数量和频率，能极大的提高淤积测绘工作的经济效益。GPSRTK基本可代替全站仪等传统仪器进行渭洛河淤积断面测验，但其应用时还是有一定的限制。

4.1 作业时间问题。

表3 高程差值表

白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，常接受不到5颗卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行测量。在同样的条件和同样的地点上进行RTK测量，上午11：00点之前和下午14：30之后，RTK测量结果准而快。作业时一定要注意时间段的选择。

4.2 作业半径小的问题。

RTK数据链传输易受到障碍物，如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰及仪器电子元件老化的影响，在传输过程中衰减严重，影响外业精度和作业半径。在本次试验中，GPS作业半径在3～5km范围内，基准站施测一条断面就要搬站，作业效率大受影响。解决办法是加大电台的功率和提高电台天线的高度，达到设置一次基准站，施测3-5个断面的目的，条件成熟时在渭洛河流域建设CASS系统，彻底解决此问题。

4.3 质量控制问题。

由于RTK较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况的影响，测量的精度和稳定性都不及全站仪，特别是稳定性方面。RTK测量容易出错，必须进行质量控制。质量控制的方法主要有：

（1）已知点检核比较法。即在布测控制网时用静态GPS多测出一些控制点，然后用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核。发现问题采取措施改正。

（2）重测比较法。每次初始化成功后，先重测1个～2个已测过的RTK点或高精度控制点，确认无误后才进行RTK测量。陕西水利