RTK技术在水利建设水上测量中的应用

杨凯

摘要：目前厘米级实时PTK技术已经被广泛接受 ,并应用于各种测绘生产作业。由于实时RTK效率高 ,并可以在作业现场提供经过检验的测量成果 ,逐步成为GPS测量的主流模式。测绘系统组成采用RTK接收机+数字测深仪，可使水下地形测量变得快捷、高效。

关键词：PTK技术；水利建设；水利测量；应用

图分类号:TV221.2文献标识码:B文章编号：

随着国民经济的快速发展，国家和地方政府对水利工程建设投资的加大，每年都有大批的水利工程建设。而大多数水利工程都位于偏远地区，高等级测量控制点极少，给水利工程施工测量带来很大困难。由于全球定位系统(GPS)技术的快速发展，GPS RTK技术广泛应用于测量中，因其精度高、实时性和高效性强，成为最先进的技术设备和最经济的测量方法，在很大程度上提高了工作质量和效率。在测绘、交通、能源、城市建设等领域有着广阔的应用前景。

实时动态定位（RTK）系统由基准站、流动站和数据链组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，流动站上的计算机（手簿）根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS（地理信息系统）前端数据采集。勘测中全面采用RTK技术，从地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作都采用了RTK作业，测量1～2秒，精度就可以达到1～3cm，且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器（如全站仪）不可比拟的优点。

RTK工作原理是：在已知高等级点上(基准站)安置1台GPS接收机，对所有可见卫星进行连续的观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度。RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。实时差分GPS测量技术是GPS测量技术发展里程中的一个标志，它由3部分组成：(1)基准站接收机；(2)数据链；(3)流动站接收机。

现在采用RTK时，仅需一人背着仪器在要测的地形地貌碎部点呆上一二秒种，并同时输入特征编码，通过手簿可以实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室内，由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图，这样用RTK仅需一人操作，不要求点间通视，大大提高了工作效率，采用RTK配合电子手簿可以测设各种地形图，如普通测图、铁路线路带状地形图的测设，公路管线地形图的测设，配合测深仪可以用于测水库地形图，航海海洋测图等等。

在水利建设过程中，无论是新开挖河道还是对原有河道进行疏浚整治，都需要进行断面测量。传统的断面测量主要方法有断面索法、交会法等，水深测量方法主要有测深杆法、测深锤法等。这些方法都受距离、通视、通讯等条件的影响，不仅工作效率低下，而且定位精度也不高。同时由于受水流的影响，很难保证测量船的直线前进。这些因素都导致断面测量的质量不高，进而影响到利用这些断面计算工程量的精度。回声测深仪的发明为广大海洋工作者提供了一个强有力的水深测量手段，由于它可以在船只航行时快速而准确地测得水深的连续数据，所以很快便成为水深测量的主要仪器，现在它已广泛地应用于航道勘测、水底地形调查、海道测量、船只导航定位等方面。回声测深仪是基于回声测距的原理而研制的。发射换能器从水面向下发射声脉冲，声脉冲在水中向下传播，遇到密度不同的水底介质时发生反射，反射后的声脉冲在水中向上传播，并被水面的接收换能器所接收。根据声脉冲在水中往返的时间和它在水中的声速，就能算出换能器至海底的直线距离，即水深。由于声波在水中的传播速度随水体的温度、盐度和压力的变化而变化，所以，计算时还要作必要的修正。

随着全球卫星定位系统技术的应用与普及，RTK法已成为目前断面测量的主要方法，利用动态RTK可方便的进行测船的定位，并指示测船的航向，定位和测深数据可进行自动记录，并可输入到计算机进行后处理，测量的工作效率得到了极大的提高。测绘系统组成采用RTK接收机+数字测深仪，由基准站、流动站组合的载波相位差分实时定位测量模式。RTK参考站架在视野开阔便于数据链信号传输的已知点上，RTK流动站架在水上机动测船上，二者同步接收RTK卫星信号；流动站由所接收到的RTK卫星信息及参考站数传电台所发送的信息进行差分处理实时确定水下断面点的平面位置。

测前的准备：a.准备能源供给。一般小型测量船都没有额外电力供应，所以测深仪及RTK接收机一定要保证充足的能源供应。 b.建立任务。设置好坐标系、投影、转换参数。c.作计划线。如果已经有了测量断面就不需要重新布设，但可以根据需要进行加密。

外业数据采集：a.首先要将换能器固定在船上，换能器连接线通过固定杆内部后，换能器一定要很好地和杆子固定在一起，否则测量过程中换能器失落将是一件非常麻烦的事情。另外固定螺丝一般放在船前进方向的反方向，这样可以避免水中杂物缠绕而导致螺丝松动。同时固定杆一定要尽量保证垂直，这也是保证水深值正确的重要一步；b.将RTK接收机、数字化测深仪和便携机等连接好后，打开电源，设置好记录设置、RTK和测深仪接口、接收机数据格式、测深仪配置、天线高，吃水，并将测深参数进行调整后就可以测量了。

内业处理：包括数据的后处理与测量成果输出，数据后处理是指利用相应配套的数据处理软件对测量数据进行后期处理。将处理后的测量数据通过南方CASS、SCASS 或别的软件形成所需要的断面测量成果及其统计分析报告等，所有测量成果可以通过打印机或绘图机输出。

利用RTK技术进行水下地形测量，在大面积开阔地区具有巨大的优势，使得水下地形测量这项工程变得简单、方便、快捷、轻松、高效、经济，可以全天候实施测量工作，同时也提高了测量精度。