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【摘要】主要阐述GPSRTK技术在水利工程测量中的应用，水利工程测量采用新仪器、新技术的高精度、高效率、简便的测量方法。主要阐述GPSRTK技术在水利工程测量中的应用，水利工程测量采用新仪器、新技术的高精度、高效率、简便的测量方法。
【关键词】GPS RTK；水利工程测量；应用；精度；效率
1. 前言
（1）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。
（2）我公司2003年购买的徕卡GPS 530测量系统，通过几年的使用，在水利工程测量的加密控制测量、水下地形测量和施工放样等方面，收效甚大，现介绍给大家，供同行参考。
2. GPS RTK基本原理
RTK（Real Time Kinematic）测量技术即实时动态测量技术，是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分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。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。
3. RTK测量的特点
相对于传统测量学及GPS常规测量，RTK 测量主要有以下特点：
（1）定位精度高。RTK测量标称精度可达到：lcm + 1ppm（平面），2cm + lppm（高程）。
（2）快速提供三维坐标。RTK通过实时处理2s内即可测得三维坐标。
（3）作业距离远、操作简便、效率高。作业半径能达到15kin。RTK技术的自动化程度高，观测人员主要是摆好基准站，然后进行流动站工作，而其它观测工作如卫星的捕获、跟踪观测等均由仪器自动完成。如采用1+2配置，即1台基站，2台移动站，2个测量小组可以同时施测，可减轻现场测量人员的劳动强度，提高工作效率。
（4）测站之间无需通视，是相互独立的观测值，不存在误差积累传播。
4. GPS RTK技术在水利工程测量中的应用
4.1加密控制点的测量。
众所周知，要进行某项测量首先要做控制测量，由于水利工程多位于偏远地区，已知高等级控制点很少，常规的控制测量方法是测距仪导线和三角网测量，测量精度受到很多条件限制，且工作量太大。而用GPS RTK加密测量控制点则很简单，只需在测区15kin范围内有3个以上且包含测区的高等级测量控制点即可，操作简单方便，平均每天可测量30～40个加密控制点，效率较高。
4.2水下地形测量。
水利工程测量最难的是水下地形测量，水下地形复杂，人眼又看不见，水上作业条件差，水下地形资料的准确性对水利工程建设十分重要，水下地形测量传统的测量方法大多采用六分仪、三杆分度仪、全站仪配合测深仪，其缺点是：精度不高，测区范围有限，工作量大，人员配置多等。随着GPS RTK技术在测量中的空前发展，水下地形测量也得到了广泛的应用，主要有：徕卡GPS530动态GPS，中海达数字单（双）频测深仪，海洋测量软件。GPS进行水下地形测量的步骤：将GPS、测深仪和笔记本电脑连接成一起，导航软件对测量船进行定位，并指导测量船在指定测量断面上航行，GPS和测深仪将实时测得数据导人笔记本电脑，由海洋测量软件处理生成水下地形图或导出*.dat文件，再由南方测绘cass7.0地形地籍成图软件绘制水下地形图。从几年测量结果来看，GPS在水下地形测量的应用，大大提高了测量的精度，减少了工作量，缩短了工作日，并且输出的数字化的水下地形图为今后地理信息系统的建立和管理创造了有利的条件。
4.3施工放样测量。
利用R FK随机软件中放样的功能进行点、直线、曲线放样功能，进行施工放样测量。输入设计好的已知坐标作为参考点和目标点，流动站实地所在位置的坐标作为修正点，电子手簿屏幕上的图形显示出实地待定点相对于目标点所偏移的距离，按照指示移动流动站，直到满足所要求的精度。也可用来寻找已知坐标点，找寻坐标已知的坐标点的方法和上述方法一致。
4.4数字化地形图测量。
利用R FK快速定位和实时得到坐标结果的特点，在一定测量环境中可以进行地形测量。地形点的测量可以在数据采集的功能下进行，也可以根据现场地形的实际情况进行测量设定，采集完的地形点经过成图处理，乍成数宁化管道地形图。地形点的采集可以单人作业，擞大地节约了人力和时问。
4.5利用RTK进行“三防”设施GIS数据的采集。
根据不同GIS平台要求，RTK 在数据采集时可以将“三防”设施不同的施测点的属性加进去，对应于每个点的三维坐标，再进行一定的数据处理，可以生成适应GIS平台数据格式要求的基础资料数据库，并易于修改和完善。
5 RTK的不足及测量成果的质量控制
5.1受限因素分析。
5.1.1受卫星状况限制。
当卫星系统位置对美国是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值。另外，在高山峡谷深处及密集森林区，城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中可作业时间受限制。产生假值问题采用RTK测量成果的质量控制方法可以发现。作业时间受限制可由选择作业时间来解决。 5.1.2天空环境影响。
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。在南宁郊区，我们做过试验，在同样的条件和同样的地点上进行RTK测量，上午11：00之前和下午3：30之后，RTK测量结果准而快，而中午时分，很难进行RTK测量。可见选择作业时段的重要性。
5.1.3数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题。
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，在传输过程中衰减严重，严重影响测量精度和作业半径。在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。另外，当RTK作业半径超过一定距离（一般为几公里，每种机型在不同的环境又各不相同）时，测量结果误差超限，所以Rq'K的实际作业有效半径比其标称半径要小很多，工程实践和专门研究都证明了这一点。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。
5.1.4初始化能力和所需时问问题。
在山区、一般林区、城镇密楼区等地作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多。容易造成失锁，采用RTK 作业时有时需要经常蕾新初始化。这样测量的精度和效率都受影响。解决这类问题的办法主要是选用初始化能力强、所需时间短的RTK机型。
5.1.5高程异常问题。
RTK作业模式要求高程的转换必须精确，但我国现有的高程异常图在有些地区，尤其是山区，存在较大误差，在有些地区还是空白，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得相当困难，精度也不均匀。
5.2RTK测量成果质量控制。
研究表明，RTK确定整周模糊度的可靠性最高为95 ，RTK 比静态GPS还多出一些误差因素，如数据链传输误差等。因此，和GPS静态测量相比，RTK测量更容易出错，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。在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点，然后用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核，发现问题即采取措施改正。
（2）重测比较法。每次初始化成功后，先重测l～ 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。
（3）电台变频实时检测法。在测区内建立2个以上基准站，每个基准站采用不同的频率发送改正数据，流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据从而得到2个以上解算结果，比较这些结果就可判断其质量高低。
以上方法中，最可靠的是已知点检核比较法，但控制点的数量总是有限的，所以没有控制点的地方需要用重测比较法来检验测量成果，电台变频实时检测法的实时性好，但它需具备一定的仪器条件。
6. 结语
（1）GPS正在越来越多的测量工作中得到应用，RTK技术与其它测量仪器和测量方法相比具有不能比拟的优势。
（2）RTK方式出现后不要马上开始测量，要等GPS稳定约20rain左右才能开始测量，否则将有较大的误差，代入记录数据后，如正常工作以后则其记录方式不受影响。
（3）电台信号不能太远，根据我们几年的作业经验，RTK的范围以不超过1OKra 为原则，否则解算速度、精度等都大受影响。
（4）利用RTK进行测量，不受天气、地形、通视等条件的限制，工作效率比传统方法提高3～4倍。
（5）利用RTK技术比传统方法大大节省人力。
[文章编号]1619-2737（2013）12-23-711
【关键词】GPS RTK；水利工程测量；应用；精度；效率
1. 前言
（1）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。
（2）我公司2003年购买的徕卡GPS 530测量系统，通过几年的使用，在水利工程测量的加密控制测量、水下地形测量和施工放样等方面，收效甚大，现介绍给大家，供同行参考。
2. GPS RTK基本原理
RTK（Real Time Kinematic）测量技术即实时动态测量技术，是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分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。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。
3. RTK测量的特点
相对于传统测量学及GPS常规测量，RTK 测量主要有以下特点：
（1）定位精度高。RTK测量标称精度可达到：lcm + 1ppm（平面），2cm + lppm（高程）。
（2）快速提供三维坐标。RTK通过实时处理2s内即可测得三维坐标。
（3）作业距离远、操作简便、效率高。作业半径能达到15kin。RTK技术的自动化程度高，观测人员主要是摆好基准站，然后进行流动站工作，而其它观测工作如卫星的捕获、跟踪观测等均由仪器自动完成。如采用1+2配置，即1台基站，2台移动站，2个测量小组可以同时施测，可减轻现场测量人员的劳动强度，提高工作效率。
（4）测站之间无需通视，是相互独立的观测值，不存在误差积累传播。
4. GPS RTK技术在水利工程测量中的应用
4.1加密控制点的测量。
众所周知，要进行某项测量首先要做控制测量，由于水利工程多位于偏远地区，已知高等级控制点很少，常规的控制测量方法是测距仪导线和三角网测量，测量精度受到很多条件限制，且工作量太大。而用GPS RTK加密测量控制点则很简单，只需在测区15kin范围内有3个以上且包含测区的高等级测量控制点即可，操作简单方便，平均每天可测量30～40个加密控制点，效率较高。
4.2水下地形测量。
水利工程测量最难的是水下地形测量，水下地形复杂，人眼又看不见，水上作业条件差，水下地形资料的准确性对水利工程建设十分重要，水下地形测量传统的测量方法大多采用六分仪、三杆分度仪、全站仪配合测深仪，其缺点是：精度不高，测区范围有限，工作量大，人员配置多等。随着GPS RTK技术在测量中的空前发展，水下地形测量也得到了广泛的应用，主要有：徕卡GPS530动态GPS，中海达数字单（双）频测深仪，海洋测量软件。GPS进行水下地形测量的步骤：将GPS、测深仪和笔记本电脑连接成一起，导航软件对测量船进行定位，并指导测量船在指定测量断面上航行，GPS和测深仪将实时测得数据导人笔记本电脑，由海洋测量软件处理生成水下地形图或导出*.dat文件，再由南方测绘cass7.0地形地籍成图软件绘制水下地形图。从几年测量结果来看，GPS在水下地形测量的应用，大大提高了测量的精度，减少了工作量，缩短了工作日，并且输出的数字化的水下地形图为今后地理信息系统的建立和管理创造了有利的条件。
4.3施工放样测量。
利用R FK随机软件中放样的功能进行点、直线、曲线放样功能，进行施工放样测量。输入设计好的已知坐标作为参考点和目标点，流动站实地所在位置的坐标作为修正点，电子手簿屏幕上的图形显示出实地待定点相对于目标点所偏移的距离，按照指示移动流动站，直到满足所要求的精度。也可用来寻找已知坐标点，找寻坐标已知的坐标点的方法和上述方法一致。
4.4数字化地形图测量。
利用R FK快速定位和实时得到坐标结果的特点，在一定测量环境中可以进行地形测量。地形点的测量可以在数据采集的功能下进行，也可以根据现场地形的实际情况进行测量设定，采集完的地形点经过成图处理，乍成数宁化管道地形图。地形点的采集可以单人作业，擞大地节约了人力和时问。
4.5利用RTK进行“三防”设施GIS数据的采集。
根据不同GIS平台要求，RTK 在数据采集时可以将“三防”设施不同的施测点的属性加进去，对应于每个点的三维坐标，再进行一定的数据处理，可以生成适应GIS平台数据格式要求的基础资料数据库，并易于修改和完善。
5 RTK的不足及测量成果的质量控制
5.1受限因素分析。
5.1.1受卫星状况限制。
当卫星系统位置对美国是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值。另外，在高山峡谷深处及密集森林区，城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中可作业时间受限制。产生假值问题采用RTK测量成果的质量控制方法可以发现。作业时间受限制可由选择作业时间来解决。 5.1.2天空环境影响。
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。在南宁郊区，我们做过试验，在同样的条件和同样的地点上进行RTK测量，上午11：00之前和下午3：30之后，RTK测量结果准而快，而中午时分，很难进行RTK测量。可见选择作业时段的重要性。
5.1.3数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题。
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，在传输过程中衰减严重，严重影响测量精度和作业半径。在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。另外，当RTK作业半径超过一定距离（一般为几公里，每种机型在不同的环境又各不相同）时，测量结果误差超限，所以Rq'K的实际作业有效半径比其标称半径要小很多，工程实践和专门研究都证明了这一点。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。
5.1.4初始化能力和所需时问问题。
在山区、一般林区、城镇密楼区等地作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多。容易造成失锁，采用RTK 作业时有时需要经常蕾新初始化。这样测量的精度和效率都受影响。解决这类问题的办法主要是选用初始化能力强、所需时间短的RTK机型。
5.1.5高程异常问题。
RTK作业模式要求高程的转换必须精确，但我国现有的高程异常图在有些地区，尤其是山区，存在较大误差，在有些地区还是空白，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得相当困难，精度也不均匀。
5.2RTK测量成果质量控制。
研究表明，RTK确定整周模糊度的可靠性最高为95 ，RTK 比静态GPS还多出一些误差因素，如数据链传输误差等。因此，和GPS静态测量相比，RTK测量更容易出错，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。在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点，然后用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核，发现问题即采取措施改正。
（2）重测比较法。每次初始化成功后，先重测l～ 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。
（3）电台变频实时检测法。在测区内建立2个以上基准站，每个基准站采用不同的频率发送改正数据，流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据从而得到2个以上解算结果，比较这些结果就可判断其质量高低。
以上方法中，最可靠的是已知点检核比较法，但控制点的数量总是有限的，所以没有控制点的地方需要用重测比较法来检验测量成果，电台变频实时检测法的实时性好，但它需具备一定的仪器条件。
6. 结语
（1）GPS正在越来越多的测量工作中得到应用，RTK技术与其它测量仪器和测量方法相比具有不能比拟的优势。
（2）RTK方式出现后不要马上开始测量，要等GPS稳定约20rain左右才能开始测量，否则将有较大的误差，代入记录数据后，如正常工作以后则其记录方式不受影响。
（3）电台信号不能太远，根据我们几年的作业经验，RTK的范围以不超过1OKra 为原则，否则解算速度、精度等都大受影响。
（4）利用RTK进行测量，不受天气、地形、通视等条件的限制，工作效率比传统方法提高3～4倍。
（5）利用RTK技术比传统方法大大节省人力。
[文章编号]1619-2737（2013）12-23-711