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摘 要：实时动态RTK测量技术是GPS测量技术与数据传输技术的结合，是GPS测量技术中的一个新的突破。本文详细介绍了GPS 实时动态RTK测量技术的基本原理及其特点，并结合应用实例，探讨GPS 实时动态RTK测量技术在水库工程测量中的有关问题，并分析了RTK测量的误差来源及影响，为GPS 实时动态RTK测量技术的进一步推广应用提供参考。
关键词：实时动态；RTK测量技术；基本原理；误差源
随着水库建设规模的不断扩大，这就对水库工程的测量工作提出了更高的要求。常规测量技术作业劳动量大，且效率低，并不能较好的满足人们所需要工作效率和测量精度的要求。随着GPS技术的发展，实时动态测量——RTK（Real Time Kinematic）测量技术也日益成熟。实时动态RTK测量技术在水库工程测量中也逐渐得到广泛应用，相对于以前传统的经纬仪、全站仪、水准仪等测量技术而言，提高了测量的工作效率和测点的精度，取得了较好的经济与社会效益。本文就GPS 实时动态RTK测量技术在水库工程测量中的应用进行相关分析。
1 RTK技术的基本原理及特点
RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS（RTDGPS）测量技术。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。GPS-RTK系统主要由基准站、流动站和通讯系统组成。其基本原理是在基准站和移动站都设置好后，同时接收5颗以上的相同卫星进行载波相位观测。基准站在跟踪载波相位测量的同时通过数据链将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发射出去；流动站在接收GPS卫星信号进行载波相位观测的同时，还通过数据链接收来自基准站的信息，实时解算出相对于基准站点的基线向量，并通过已知设置的转换参数及投影方法计算出流动站的地方坐标。
GPS 实时动态RTK测量技术具有以下几个特点：
（1）作业效率高。流动站仅需1人就可操作，在一般的电磁波环境下几秒钟就可得到1点坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了工作效率。
（2）定位精度高，数据安全可靠，没有误差传递。只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为4km）RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。
（3）降低了作业条件要求。RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”，因而和传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足RTK的基本工作条件也能轻松地进行快速、高精度的定位作业。
（4）作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大，RTK可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统可实现多种测绘功能，使辅助测绘工作极大减少，同时也减少了人为误差，保证了作业精度。
（5）操作简便，使用方便，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样，其数据输入、存储、处理和输出能力强，能方便快捷地与计算机通信连接。
2 GPS 实时动态RTK测量技术在水库工程测量中的应用
2.1水库工程概况
某水库工程规模为小（1）型水库。该工程要测量任务有坝址区地形图、库区地形图及地质料场地形图测绘；坝轴线、溢洪道纵横断面、输水隧洞纵断面测绘以及南、北干渠定线及纵横断面测绘；地质钻孔点、探坑点及地质点的放样与测绘。由于库区地形为V形河谷，河道两岸冲沟较多且基本是2m左右的灌木丛及龙眼、桃树等经济林木覆盖，通视条件极差，如果采用常规仪器测量，不仅要花费大量人力，还要破坏一定的树木，造成经济损失。为了在满足测量精度的前提下提高工作效率，经现场踏勘后决定采用GPS-RTK技术完成该项目的所有测量工作，仪器选用南方测绘公司的灵锐S82-2008型GPS-RTK测量系统。
2.2 测量的主要工作流程
测量工作流程见图1。
图1 测量工作流程框图
（1）收集测区资料，获得高精度的已知控制点，包含控制点的坐标、等级、中央子午线、坐标系等。本次采用的首级控制点是从1999年在水库测量时建立的54北京坐标通过GPS静态测量引测到该水库坝址区和库区。
（2）求定测区转换参数，实际是将观测的WGS-84坐标转换为国家平面坐标或工程施工自定义坐标，一般采用高斯投影的方法。如测区内有相应的国家坐标系的高等级点，可直接采用。采用自定义坐标系时可选择某一投影面（一般为测区的平均高程面），对加常数或中央子午线（一般为测区中央子午线）、投影椭球高进行重新定义，使椭球面与地面网边长投影的高程基准面一致，现场测定基线长度，计算出基线两端点的自定义平面坐标，利用随机软件求解坐标转换参数。在求得4个参数后一定要检查“比例因子”值的大小，根据规范要求，测得的长度变形不大于2.5cm/km。在同一个测区，为了坐标的统一，一般采用同一套转换参数。
（3）基准站位置的选择。对于灵锐S82-2008型GPS-RTK测量系统，基准站的架设可以在已知点上也可以在任意点上。本次测量由于特殊的V形河谷地理条件及在离坝址区下游300m左右的地方有高压铁塔杆，因而采取了把基准站架设在库区山头上及提高基准站天线的架设高度来解决RTK数据链的通讯问题。在渠道测量过程中，根據流动站离基准站的距离，以及初始化时间来决定适当的时候改变基准站的位置。
（4）测量前的质量检验。为保证RTK的实测精度的可靠性，必须进行已知点的检核。本次测量过程中主要采用以下检核方法：a.已知点检核比较法——每天在校正点的选取上尽量选用同一个已知控制点，再用RTK测出2个以上已知控制点的坐标进行比较检核，发现问题采取措施改正；b.重测比较法——每次初始化后先重测1～2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。
（5）测量和放样过程中由于冲沟底流动站接收卫星信号弱，因而采用增加对中杆高度的方法以满足流动站接收信号的最小高度角。若接收到卫星数目减少到4颗以下，则RTK系统接收不到固定解，当接收卫星数重新升至4颗或更多时，需重新进行初始化。
（6）内业数据处理。PSION手簿采用的是WindowsCE5.0操作系统，与电脑连接后，采集数据可以直接转换为南方CASS绘图软件DAT文件数据格式，也可下载RTK文件数据格式予以保留。在这2个文件格式中，可直接查看、修改、删除不符合采集精度要求的点的坐标和高程。
2.3 影响RTK测量的常规误差源
（1）同测站有关的误差。如通信相位中心变化、多路径误差、信号干扰和气象因素的影响，其中多路径误差是GPS-RTK测量中影响最严重的误差。
（2）同距离有关的误差。如轨道误差、电离层误差、对流层误差。
（3）人为因素的影响误差。在本次测量中主要表现有：a.坐标转换参数的影响，求取的4个参数的“比例因子”值太小或高程拟合参数选取不够精确；b.在采集数据过程中对中杆倾斜和非固定解采集数据的影响，在对中杆倾斜状态下就记录数据或精度因子较大时非固定解状态下就采集数据；c.数据采集时天线高输入错误；d.移动站离基准站距离较远或存在障碍物而使数据精度降低，校正点点位误差的累积的影响，在渠道测量中时有体现。
对于前2项的误差影响，可以选择良好的观测条件和恰当的观测方法来削弱这些误差的影响；对于第3项的人为因素影响，在测量过程中应避免或在内业数据处理过程中予以改正。
3 结束语
总之，实时动态RTK测量技术的应用，是水库工程测量手段和作业方法的革命性变革，大大提高了测量的工作效率和测点的精度，极大的促进了工程建设的进度及质量。虽然在实际应用中仍然受到某些限制因素的影响，相信随着科技的发展，实时动态RTK测量技术将会得到不断优化与改善，为工程的建设带来可观的经济效益。
参考文献
[1] 邸国辉；刘幼华；陈汉文.RTK测量的精度和可靠性分析[J].地理空间信息，2007年06期
[2] 李剑.水利工程测量中GPS-RTK的应用探讨[J].中国新技术新产品，2010年第1期
关键词：实时动态；RTK测量技术；基本原理；误差源
随着水库建设规模的不断扩大，这就对水库工程的测量工作提出了更高的要求。常规测量技术作业劳动量大，且效率低，并不能较好的满足人们所需要工作效率和测量精度的要求。随着GPS技术的发展，实时动态测量——RTK（Real Time Kinematic）测量技术也日益成熟。实时动态RTK测量技术在水库工程测量中也逐渐得到广泛应用，相对于以前传统的经纬仪、全站仪、水准仪等测量技术而言，提高了测量的工作效率和测点的精度，取得了较好的经济与社会效益。本文就GPS 实时动态RTK测量技术在水库工程测量中的应用进行相关分析。
1 RTK技术的基本原理及特点
RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS（RTDGPS）测量技术。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。GPS-RTK系统主要由基准站、流动站和通讯系统组成。其基本原理是在基准站和移动站都设置好后，同时接收5颗以上的相同卫星进行载波相位观测。基准站在跟踪载波相位测量的同时通过数据链将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发射出去；流动站在接收GPS卫星信号进行载波相位观测的同时，还通过数据链接收来自基准站的信息，实时解算出相对于基准站点的基线向量，并通过已知设置的转换参数及投影方法计算出流动站的地方坐标。
GPS 实时动态RTK测量技术具有以下几个特点：
（1）作业效率高。流动站仅需1人就可操作，在一般的电磁波环境下几秒钟就可得到1点坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了工作效率。
（2）定位精度高，数据安全可靠，没有误差传递。只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为4km）RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。
（3）降低了作业条件要求。RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”，因而和传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足RTK的基本工作条件也能轻松地进行快速、高精度的定位作业。
（4）作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大，RTK可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统可实现多种测绘功能，使辅助测绘工作极大减少，同时也减少了人为误差，保证了作业精度。
（5）操作简便，使用方便，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样，其数据输入、存储、处理和输出能力强，能方便快捷地与计算机通信连接。
2 GPS 实时动态RTK测量技术在水库工程测量中的应用
2.1水库工程概况
某水库工程规模为小（1）型水库。该工程要测量任务有坝址区地形图、库区地形图及地质料场地形图测绘；坝轴线、溢洪道纵横断面、输水隧洞纵断面测绘以及南、北干渠定线及纵横断面测绘；地质钻孔点、探坑点及地质点的放样与测绘。由于库区地形为V形河谷，河道两岸冲沟较多且基本是2m左右的灌木丛及龙眼、桃树等经济林木覆盖，通视条件极差，如果采用常规仪器测量，不仅要花费大量人力，还要破坏一定的树木，造成经济损失。为了在满足测量精度的前提下提高工作效率，经现场踏勘后决定采用GPS-RTK技术完成该项目的所有测量工作，仪器选用南方测绘公司的灵锐S82-2008型GPS-RTK测量系统。
2.2 测量的主要工作流程
测量工作流程见图1。
图1 测量工作流程框图
（1）收集测区资料，获得高精度的已知控制点，包含控制点的坐标、等级、中央子午线、坐标系等。本次采用的首级控制点是从1999年在水库测量时建立的54北京坐标通过GPS静态测量引测到该水库坝址区和库区。
（2）求定测区转换参数，实际是将观测的WGS-84坐标转换为国家平面坐标或工程施工自定义坐标，一般采用高斯投影的方法。如测区内有相应的国家坐标系的高等级点，可直接采用。采用自定义坐标系时可选择某一投影面（一般为测区的平均高程面），对加常数或中央子午线（一般为测区中央子午线）、投影椭球高进行重新定义，使椭球面与地面网边长投影的高程基准面一致，现场测定基线长度，计算出基线两端点的自定义平面坐标，利用随机软件求解坐标转换参数。在求得4个参数后一定要检查“比例因子”值的大小，根据规范要求，测得的长度变形不大于2.5cm/km。在同一个测区，为了坐标的统一，一般采用同一套转换参数。
（3）基准站位置的选择。对于灵锐S82-2008型GPS-RTK测量系统，基准站的架设可以在已知点上也可以在任意点上。本次测量由于特殊的V形河谷地理条件及在离坝址区下游300m左右的地方有高压铁塔杆，因而采取了把基准站架设在库区山头上及提高基准站天线的架设高度来解决RTK数据链的通讯问题。在渠道测量过程中，根據流动站离基准站的距离，以及初始化时间来决定适当的时候改变基准站的位置。
（4）测量前的质量检验。为保证RTK的实测精度的可靠性，必须进行已知点的检核。本次测量过程中主要采用以下检核方法：a.已知点检核比较法——每天在校正点的选取上尽量选用同一个已知控制点，再用RTK测出2个以上已知控制点的坐标进行比较检核，发现问题采取措施改正；b.重测比较法——每次初始化后先重测1～2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。
（5）测量和放样过程中由于冲沟底流动站接收卫星信号弱，因而采用增加对中杆高度的方法以满足流动站接收信号的最小高度角。若接收到卫星数目减少到4颗以下，则RTK系统接收不到固定解，当接收卫星数重新升至4颗或更多时，需重新进行初始化。
（6）内业数据处理。PSION手簿采用的是WindowsCE5.0操作系统，与电脑连接后，采集数据可以直接转换为南方CASS绘图软件DAT文件数据格式，也可下载RTK文件数据格式予以保留。在这2个文件格式中，可直接查看、修改、删除不符合采集精度要求的点的坐标和高程。
2.3 影响RTK测量的常规误差源
（1）同测站有关的误差。如通信相位中心变化、多路径误差、信号干扰和气象因素的影响，其中多路径误差是GPS-RTK测量中影响最严重的误差。
（2）同距离有关的误差。如轨道误差、电离层误差、对流层误差。
（3）人为因素的影响误差。在本次测量中主要表现有：a.坐标转换参数的影响，求取的4个参数的“比例因子”值太小或高程拟合参数选取不够精确；b.在采集数据过程中对中杆倾斜和非固定解采集数据的影响，在对中杆倾斜状态下就记录数据或精度因子较大时非固定解状态下就采集数据；c.数据采集时天线高输入错误；d.移动站离基准站距离较远或存在障碍物而使数据精度降低，校正点点位误差的累积的影响，在渠道测量中时有体现。
对于前2项的误差影响，可以选择良好的观测条件和恰当的观测方法来削弱这些误差的影响；对于第3项的人为因素影响，在测量过程中应避免或在内业数据处理过程中予以改正。
3 结束语
总之，实时动态RTK测量技术的应用，是水库工程测量手段和作业方法的革命性变革，大大提高了测量的工作效率和测点的精度，极大的促进了工程建设的进度及质量。虽然在实际应用中仍然受到某些限制因素的影响，相信随着科技的发展，实时动态RTK测量技术将会得到不断优化与改善，为工程的建设带来可观的经济效益。
参考文献
[1] 邸国辉；刘幼华；陈汉文.RTK测量的精度和可靠性分析[J].地理空间信息，2007年06期
[2] 李剑.水利工程测量中GPS-RTK的应用探讨[J].中国新技术新产品，2010年第1期