RTK技术在贵江水电站钻孔放样测量中的应用

梁 平

(广西南宁水利电力设计院 南宁 530001)

1 RTK测量原理

RTK(Real-Time-Kinematic)技术是GPS实时载波相位差分的简称。这是一种将GPS与数传输技术相结合,实时解算进行数据处理,在非常短的时间里得到高精度位置信息的技术。RTK的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载体 (称为流动站)上,基准站和流动站同时接收同一时间相同GPS卫星发射的信号,用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。然后将这个改正值及时地通过无线电数据链电台传递给共视卫星的流动站以精化其GPS观测值,得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。精密GPS定位都采用相对技术。以采用值的类型为依据可分为4类:

(1)实时差分GPS,精度1m～3m;

(2)广域实时差分GPS,精度1m～2m;

(3)精密时差分GPS,精度1cm～5cm;

(4)实时精密时差分GPS,精度1cm～3cm;

差分的数据类型有伪距差分、坐标差分和相位差分三类,前两类定位误差的相关性,会随基准站与流动站的空间距离的增加迅速降低。故RTK采用第三种方法。

RTK的观测模型为:

其中:

Φ——为相位测量值,单位为m;

ρ—— 为星站间的几何距离;

c—— 为光速;

d T—— 接收机钟差;

d t—— 卫星钟差;

λ——为载波相位波长;

N——为整周未知数;

ε(Φ)—— 为观测噪声。

因轨道误差、钟差、电离层折射及对流层折射影响难于精确模型化,所以,在实际的数据处理中常用双差观测值方程来解算,在定位前需先确定整周未知数,这一过程称为动态定位的 “初始化”(On The Fly即OTF)。实现OTF的方法有很多种,徕卡GPS1200使用了SmartCheck技术确保了RTK的优越性能:快;准;远。典型的初始化时间为8s,卫星失锁后的重捕卫星及初始化时间为12s;模糊度解算采用检核,每4s检核一次,使得RTK的可靠性在30km内达到99.99%。作业距离半径达30km以上。GPS1200 RTK技术系统配置包括以下三部分:①基准站接收机;②移动站接收机;③数据链。通过数据链将基准站的载波相位修正值发送给移动站,改正移动站接受到的载波相位,求解移动站坐标。

2 工程概况

贵江水电站坝址位于广西河池市南丹县里湖乡贵江村更坡屯附近,是龙江干流广西境内的第一个梯级电站,其地理位置为东经 101°44′25″,北纬25°13′12″,电站距里湖乡政府所在地约16km, 距南丹县城46km。贵江水电站是一座坝后式水电站,枢纽由拦河闸坝、发电进水口、电站厂房、进库公路和升压站等组成,拦河坝位于龙江中上游打狗河段,厂房位于打狗河右岸,是一座以发电为主,兼有旅游、农田灌溉等功能的水利工程。地质勘察地形测量是水电站工程重要的前期工作。

3 外业施测

首先建立WGS-84坐标系与地方坐标系的联系,以便顺利实现坐标校准工作,同时也就获得了初始整周未知数。

通过观测测区控制点 (至少观测三个已知点)转换到地方坐标系的工作文件,在确定坐标系的过程中,地方坐标系可以是国家坐标系,也可以是用户自定义的坐标系。钻孔放样就是要求通过仪器把地质人员在地形图上设计好的孔位在实地给标定出来,过去采用的常规放样方法很多,如经纬仪交会放样、全站仪的边角放样等等,一般要放样出一个设计点位时,往往需要左右前后移动目标,而且要至少2人以上配合操作。同时在放样过程中还要求放样点与测站通视情况良好,如果放样中遇到困难还要借助于其他方法才能实现,在生产应用上效率不是很高。

采用RTK技术放样,把钻孔的点位坐标输入到电子手簿中,手簿屏幕的箭头指出放样点的方位,既迅速又方便,由于RTK是通过坐标来直接放样的,没有累积误差,因而在外业放样中效率会大大提高,且只需一个人操作。以下是采用徕卡1230RTK进行外业放样的步骤:

(1)站的架设:应将基准站架设在较为开阔的地方。

(2)建立新工程:开启移动站主机,待卫星信号稳定并达到5颗以上卫星时,点击SmartWork,连接成功后设置相关参数:工程名称、椭球系名称、投影参数设置、参数设置 (未启用可以不选),最后确定,工程新建完毕。

表1 坐标转换残差表

表2 放样点设计坐标表

表3 点位放样设计值与实测值对比表

(3)测量已知点:先精确采集贵江水电站坝区控制点GJ3、GJ8、GJ9。通过经典三维法确定坐标系检查残差表如表1,符合精密时差分GPS的精度。

(4)输入放样点:我们可以在新建工程增加输入放样点,也可以事先编辑好放样点文件,也可以编辑改变同一个放样点操作,该方法可以减少占用内存。本次工程点的设计坐标值见表2。

(5)点位放样设计值与实测值比较见表3。

根据《工程测量规范》点位误差＜5cm,RTK测量结果的点位精度满足要求。需要指出的是各点位之间不存在误差累积,克服了传统测量技术的弊端,完全能满足点的测设精度要求。

4 结束语

应用RTK技术,使得测量放样的精度、工作效率和实时性达到理想的结合。随着数据整周模糊度的快速解算和数据链的传送技术的发展,数据的稳健性,抗干扰性和软件水平的提高,以及传输距离的增加,GPS RTK技术己经在测量和工程界产生了重大变革,带来了空前的高效率。RTK在实际测量过程中有很多优越的方面,同时也有些技术限制,只有了解了它的劣势所在,才能避其利害,把有益于实际生产的技术带到工程应用中来。

1 中华人民共和国国家标准.全球定位系统(GPS)测量规范.2001.

2 张正禄.工程测量学[M].武汉:武汉大学出版社,2002.

3 詹长根.地籍测量学[M].武汉:武汉大学出版社,2001.

4 徐绍铨,张华海,杨志强,王泽民.GPS测量原理及应用[M].武汉:武汉大学出版社,2003.

5 魏二虎,黄劲松.GPS测量操作与数据处理.武汉:武汉大学出版社,2004,6.

6 洪大永.全球定位系统技术及其应用.厦门:厦门大学出版社.1998,7.