GRPS与GPS RTK在肥东县小水库除险加固测量中的应用

2010-09-11金星

治淮 2010年11期

金星

金星

一、引言

GPRS (GeneralPacketRadio Service)是通用分组无线业务的简称，是在现有GSM（Global System for Mobile communications）系统上发展出来的一种新的承载业务，它充分利用了现有GSM系统的无线结构，在GSM无线网络中增加数据处理单元等形成了无线系统上的数据业务平台，充分体现了数据业务与无线业务的融合。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。其理论可达171.2kb/s，实际应用带宽大约在10～70kb/s，具有“永远在线”、“高速传输”等优点。目前全国几乎各城市均有GPRS网络覆盖，且按照流量计费，且费用低廉。利用GPRS网络传输基站的数据，可以扩大测量的范围、提高效率。

二、系统构成及工作原理

1.系统的构成及RTK的定位原理

GPS RTK系统是由一个基准站和若干个移动站组成。基准站由GPS天线、主机、GPRS网关服务器及系统管理软件、电源等组成，移动站由GPS天线、主机、电池、GPRS无线数据终端（WDT）组成。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、同一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。然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的流动站精化其GPS观测值，从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。

2.系统的工作原理

GPS移动站的WDT通过GPRS网络登录到具有静态IP地址的网关服务器，GPS基准站主机通过Internet和GPRS网络实时不断地向网关服务器输出标准格式的差分数据系统管理软件从基站服务器读出差分数据，再通过Internet和GPRS网络把数据发送到已登录到基站服务器的移动站WDT，WDT把接收到的差分数据传递给移动站主机，移动站通过计算进行实时精确定位。

三、应用实例

2010年4 月，肥东县实施14个小二型水库除险加固工程测量任务。

根据安全评估报告，列入本次除险加固的水库大多存在以下问题：

（1）水库大坝干砌石护坡损坏，倒塌严重；

（2）正常溢洪道消力池冲毁，海漫、护坦未建，两侧翼墙开裂；

（3）非常溢洪道为土口；

（4）放水涵平涵开裂，进出口墙损坏严重，出水部分未做；

（5）大坝脚下取土坑，塌方严重；

（6）水库管理房破旧，已成危房，无观测设施，无固定电话。

为确保水库大坝安全，提高水库防洪能力，发挥水库应有的效益，须对水库进行除险加固。提供水库枢纽工程1∶1000地形图，每100m测一条横断面。

由于工程是在初步设计阶段，小水库在肥东县内分布广泛且交通不便，所以在测量中采用GPRS技术最终取得了良好效果。接受此任务的测绘小组有3台南方S86接收机，一般情况下采用1+2、电台传输的模式使用，每个测区均需临时架设基准站，且要多次搬移基准站，作业效率和GPS接收机利用效率低。本工程在平面系统上使用假设坐标，只要上图到1∶50000图上，可以使用GPS RTK进行平面校正和高程拟合。由于GPS RTK最远的距离只有20km左右，无法满足要求。GPRS没有距离限制，只要能接收到手机信号的地方就能进行GPS拟合。遂使用此方法进行测区的平面和高程的拟合。

1.建立测区平面和高程控制网

平面系统：此平面系统采用任意直角坐标系统，磁北方位角。因为所测的地形图后期将放入1∶50000图中，遂决定用两个国家Ⅰ等三角点进行平面的投影变换。

高程系统：进行地形测量的14个小（2）型水库，10座位于淮河流域，4座位于长江流域，为保持与原规划成果高程系统一致，位于长江流域的水库，高程系统采用吴淞零点，位于淮河流域的水库，高程系统采用废黄河零点。在利用RTK拟合高程时先把高程系统都换算到一个统一的系统中，由于此次测区大部分水库是废黄河零点，遂采用废黄河高程对全区进行拟合。在测量4个长江流域的水库时将高程换算为吴淞零点。

工程测量范围内四等以上高程点较多，且位置和精度分布均匀，本次高程控制测量方法采用GPS拟合。参与高程拟合参数校正的高程点应较均匀的分布于测区的四周和中心，校正点间距宜不大于10km,且不少于6点。对GPS高程转换参数和拟合的高程成果应进行校验，校验点应分布于测区内具有代表性位置且不少于5点。

同组各标石之间的高差用水准仪复核测量，校差应满足规范要求，并用水准测量高差的标石高程进行平差修正。

2.求取地方坐标转换参数

合理选择控制网中已知的WGS84和北京54坐标（或地方独立网格坐标）以及高程的公共点，求解转换参数，为RTK动态测量做好准备。此次测量高程很重要，选择转换参数时要注意以下两个问题：①高程拟合已知点要选测区四周及中心的控制点，均匀分布；②为提高转化精度，最少用7个高程点，利用最小二乘法求解转换参数。

3.外业操作

首先进行仪器的网络设置：用随机所附带的串口线将主机和电脑进行连接后对主机进行设置，在主机正常开机后，按电源键（绿色），在主机液晶屏幕会显示设置工作模式和模块设置两个界面，按F2，选择进入模块设置界面，按F2，选择GPRS网络，按绿键确认，主机会显示“模块配置模式，按任意键退出”，打开CM320-GTM900-VER2软件，选择合适的仪器类型（必须要一致）；选择合适的通讯端口，要确定串口可以正常使用；网络设置下面，在IP一栏先选择“自定义”，输入自己的服务器IP及端口号，如果是用基站直接做发射端，须挂广州的服务器，则输入IP地址58.248.35.130，Port为6060，其他的不需设置；模式设置选择合适的模式，如果是挂广州的服务器则只要选择默认的EAGLE，本机机号栏输入所调试主机自身的仪器编号，BASE编号如果主机是基准站状态则需要输入自身的仪器编号，如果主机是移动站状态则需要输入基准站主机的仪器编号；输入完毕后，点击“打开串口”，系统出现端口打开后，点击“设置”，系统会提示各个参数设置成功的提示。

然后就可以架基准站、校已知点进行外业地形图测量了。本次基准站架设在驻地二楼楼顶上，移动站作业半径30km左右。由于减少了基准站的移动，大大的提高了本次工程的作业效率。以测区中间的控制点校正，检验了大部分已知点，成果比较见表1。

根据统计结果分析,平面点位中误差为±2.6cm，高程中误差为±1.9cm，可满足图根控制测量、像控点联测等一般工程的精度要求。

四、GPRS应用效果及与原有RTK数传电台模式的比较

表1 GPS-RTK检查点成果表

功耗方面，数传电台功耗和传输距离有密切关系，传输距离越远发射功率越大，传输超过10km发射功率一般条件下要大于15瓦，特别是高速数传电台，同时对电源要求很高。GPRS数传终端功耗很小，一般发射平均功耗最大0.6瓦。对电源要求一般。

传输率方面，数传电台目前高速大多为9.6kb/s和19.2kb/s。GPRS实际可达10kb/s到172kb/s。

传输距离方面，数传电台传输距离与发射功率有关，一般作用距离8km左右。GPRS终端没有距离限制，由网络范围限制。

耐用性和便利程度方面，用数传电台需要电台、电瓶、发射天线等，设备繁琐沉重、易损坏，操作不便。GPRS终端体积很小（例如手机）,设备简单、轻便、耐用、操作便利，电源也要求一般。

作业效率和GPS设备利用效率方面用数传电台因传输距离近．超过距离的不同作业区之间不能共用基站而分别设站，大多采用1+1模式，即1个基站带1个移动站，作业效率和GPS接收机利用效率低。而利用GPRS网络因能够一对多，可共用基站且固定，有效实现1+n模式，作业时不用临时设基站，节省人力和设备投入，大大提高作业效率和GPS接收机利用效率。