单基站网络RTK系统在水利工程中的应用研究

宋金龙

(辽宁省水利水电勘测设计研究院,辽宁 沈阳 110006)

单基站网络RTK系统在水利工程中的应用研究

宋金龙

(辽宁省水利水电勘测设计研究院,辽宁 沈阳 110006)

单基站网络RTK系统利用无线网络(GPRS)传输RTK数据以及后处理的静态数据。这样的技术对测区范围以及数据精度都有很大的扩大和提高，解决了常规RTK存在的局限性问题。本文介绍了单基站网络RTK系统，并通过实例分析该系统在水利工程中的应用性，为以后的水利工程建设、水利规划数据的采集提供参考。

单基站网络RTK系统；水利工程

RTK技术的问世，极大地拓展了GPS的使用空间，使GPS开始广泛运用于工程测量领域。但是传统RTK技术在应用时存在着一些限制性[1]。例如：参考站的架设会增加作业强度，精度与可靠性受距离影响等。为了解决这些问题，网络RTK(CORS)技术应运而生。CORS系统是由卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等新科技综合发展而成。用户无需架设基准站，只需要通过移动通讯技术连接到计算控制中心，计算中心将用户需要的位置信息发送给用户完成实时定位[1-2]。

1 单基站网络RTK系统

单基站网络RTK系统是CORS系统的简化系统，是基于单个基准站进行差分的系统。流动站用户通过移动网络连接到计算控制中心，发出获取相关位置差分数据的请求[2]。计算控制中心利用商业基站差分软件分析用户信息，并为用户提供其位置相关的高精度的后处理原始数据和实时差分数据，流动站用户利用基准站所提供的位置信息进行测绘工作[3]。单基站网络RTK系统在提供功能服务时，不仅具备了CORS系统的优点，克服了传统RTK的缺点，而且具备CORS系统所不具备的其他优势，系统建设周期短，建设成本小。

2 单基站网络RTK系统在某水利测绘实例中的精度分析

本文实例中单基站网络RTK系统建立在辽宁南部某县，基础控制网采用国家C级网进行布设，共布设了32个GPS控制点，平均边长16 km，根据已知坐标计算出当地坐标转换参数。利用建立的单基站网络RTK系统对该县辖区内的湿地水利数据进行采集，编制湿地水利规划任务，以保护区内重点产业健康发展和基础设施的建设顺利进行，保证湿地生物的多样性和生态系统的完整性。本次湿地规划测绘利用单基站网络RTK系统对968 km2范围内的河流、灌渠、排灌站进行现场测绘。采取多种数据检核方法对数据进行检核，对数据进行可靠性分析。

2.1 静态已知点检测

静态已知点检测就是利用静态观测值与已知值的比较来检验其定位精度，分析精度与站间距的关系。进行静态检测时，要注意减少人为误差，设置好数据采样率。本次检测精度见表1。

从表1中的数据可以看出定位精度与距参考站距离有关，距离越近，单点定位精度越高，其精度基本稳定于5 cm左右，变化幅度不大。其精度可以满足大比例尺断面测量以及地形图测绘。

2.2 基于地形的实时动态检测方法

不同的地形条件影响着流动站概略坐标定位精度，影响着RTK能否精确定位[3]。选择测区内不同的地形点，如建筑物、树木、大面积水域边，以传统的测量方法来测定检测点坐标和高程并以此为基准值，再利用单基站网络RTK系统来测定这些点位，计算其与基准值之间的变化，分析与地形、观测时间的关系[4]。基于地形因子的动态检测精度检核见表2。

表1 静态已知点检测精度统计表

表2 基于地形因子的动态检测精度检核

2.3 不同历元下的系统定位稳定性检测

同一观测点受客观观测条件如卫星运动、大气变化、系统本身稳定性等原因的影响，在不同历元下的观测差异性不同，造成计算控制系统可以利用的有效定位卫星数偏少或者计算系统本身的bug时，将导致整个系统无法工作，无法提供有效的定位服务。所以观测不同历元时间下的同一点位数据，进行前后数据比较，以检测不同时段的系统稳定性是很有必要的。

本次测试选择一个基本控制点，利用南方S862013双频GPS接收机连续观测7h，以采样率10s采集固定解数据，天顶角设为15°。计算理论历元数与实际历元数的差异，根据丢失历元数，统计系统在时间上的可用性。

在整个测试过程中，理论历元数为2500个，实测历元数为2437个，丢失历元数为63个，丢失率为2.52%，系统7h可用性为97.48%。分析可知全天的时间可用性为97.5%左右。历元点位分布统计图见图1。

图1 历元点位分布统计图

3 结论与探讨

通过本次对单基站网络RTK系统的定位精度和可靠性的分析可以看出：系统在定位精度上可以满足水利工程建设和水利总体规划方面对测绘精度的要求。总体的平面精度和高程精度都达到了5 cm左右。在对该系统的有效工作半径的分析方面，我们发现在30 km左右其定位精度和稳定性都能满足要求，但是对数据的分析以及现场实际测试时发现，随着距离的增大精度开始下滑，在30 km左右能稳定在5～6 cm左右。进一步分析发现，在系统建立初期的框架网和基础网的精度和稳定性对整个系统的有效工作半径和整体精度有着决定性的影响。所以在系统建立的基础数据方面要加大投入、舍得投入，以保证整个系统的可操作性与可延伸性。

随着十三五规划的发布以及国家对东北经济的再投入，一些大型水利工程的建设以及涉及国计民生的水利规划的制定也将加快步伐。如何提高测绘的高效性、准确性、稳定性，以便为水利工程建设服务，成为迫切需要解决的问题。单基站网络RTK系统与常规RTK技术相比，在工作范围、定位精度等方面有了很大的提高，又没有CORS系统昂贵的建设费用，因此在以后的水利工程方面，单基站网络RTK系统的应用前景是非常广阔的。

[1] 刘经南，刘晖.连续运行卫星定位服务系统-城市空间数据的基础设施[J].武汉大学学报(信息科学版)，2003,28(3):259-264.

[2] 李健,吕志平,乔书波.连续运行参考站网的演化与发展趋势[J].测绘科学,2008(S3):44-46c，8.

[3] 王华，程鹏飞，蔡艳辉.单基站GPS差分系统设计与实现方法[J].测绘工程,2006，15(1)：41-43，58.

[4] 武坚，王积武，张侠辉，等.山区村落单基站RTK测量的可靠性检测和成果精度评估[J].测绘与空间地理信息，2014(5)：101-102，113.

Research on Application of single base station network RTK system in hydraulic engineering

SONG Jinlong

(InvestigationandDesignInstituteofWaterResourcesandHydropowerofLiaoning,Shenyang110006,China)

Single base station network RTK system utilizes wireless network (GPRS) to transmit RTK data and post-processed static data. The advantage of this technology is to expand and improve the range and accuracy of the data, which overcome the limitations of conventional RTK. This paper introduces the single base station network RTK system, and analyzes its application in hydraulic engineering through case analysis, which can provide reference for the future hydraulic engineering construction and the data collection of water resources planning.

Single base station network RTK system；hydraulic engineering

宋金龙 (1986-)，男，工程师，主要从事水利测绘工作。

P228.4;P217

A

2096-0506(2016)12-0034-03