GPS实时动态RTK测量技术及在水库测量中的应用

GPS实时动态RTK测量技术及在水库测量中的应用

摘要：本文简要介绍了rtk在水库控制测量，施工测量，放样测量。

关键词：水库、控制、放样、技术应用。 1.概述

全球定位系统 gps（global positionins system）在测绘工作中得到很好的应用．与传统的测量技木相比，gps测量具有显著优点，其主要优点是不再受一般光学仪器所要求的通视的限制，测量的基线长度也不再受通视距离的限制，因此可以提高测量速度、测量精度和生产效率．

gps在测绘工作中的应用，如平面测量控制，建工各种等级的控制网（三角网或导线网），多采用静态和快速静态或者用动态后处理方式处理采集到的数据．对寸‘勘界、高精度放佯以及水库断面测量等应用，这种需要当场知道测量结果或精度的应用场合，实时动态测量rtk（real—time klnematic）测量技术则是解决这类问题的最好方法．最早实现rtk功能的是trimble na。dgation公司的 4000td系统，这个系统是世界上第一套商用实时动态rtk测量系统，它设计用于地形测图和测绘定线，实时提供厘米级定位精度的测量．这意味着用户在进行放样或沿直线进行测量时，能够确定厘米级精度的位置．

目前，rtk技术发展很快，除美国trimble公司r系列单、双频接收机，其他厂家如瑞士的leica，日本的topcon,中国的中海达

等公司，也相继推出了具有rtk功能的gps测量系统，而且对星况的要求和初始化的条件进一步降低． 2. 实时动态rtk测量

所有的gps测量技术都需要2台以上的接收机，l台作为基准站，设置在一个已知的测绘控制点上，其他接收机置于要确定的位置上，gps接收机可以测量单频（l；频率）gps信号或双频（ll和入频率）gps信号．单频gps接收机主要用于区域性测量，其基线长度一般不超过 30 km．双频接收机主要用于提高基线尤其是长基线测量精度，减少观测时间，或者扩展基线的测量范围．

用静态gps测量时，测点上的gps接收机要同步观测 20 min到 lh的数据，这取央于基线长度和可视卫星情况，对数据进行后处理得到基线的长度．静态测量既可以用单频机又可以用双频机．主要用于控制测量工作，如各种等级平面控制网的测量．快速静态测量一般用干如水库控制和一般图根控制等小范围或低等级的控制测量，根据可视卫星情况，在 8～20 min内观测时间内同步观测一组数据，后处理其结果．

动态测量也采用2台或2台以上gps接收机，一台接收机作为基准站（也称参考站）置于一个已知控制点上，其他的接收机可作为移动站，在测量工作范围内自由游动，并在要测量的点位上短暂停留几秒或几分钟，这取决子精度要求．动态测量技术有3个主要的要求：（l）需要一个初始化过程；（2）基准站与移动站必须在所有测量时间内维持4颗以上公共卫星的连续锁定；（3）如果被跟踪

的公共卫星数少于4颗，将不能工作，需要等4颗以上卫星出现后重新初始化．

动态测量在一些地区被用干地形测量和控制测量．其最大不足在于移动站不能知道基准站接收机的状态，动态技术要求在所有观测时间内连续跟踪4颗以上卫星．如果基准站丢失1个或多个周期的数据，这将导致公共卫星数少于4颗，这些数据将不得不被放弃，而移动站的工作人员在现场得不到任何指示．这样的问题只有在后处理过程中才会发现．

rtk（real－time kinematic）测量与动态测量的要求相同，如需要至少2台gps接收机，1个作为基准站，1个或几个作移动站，共同跟踪4颗以上卫垦．通过数据通讯电台或内置网络（数据链）把基准站数据发送到移动站，移动站可以实时得到卫星载波相位差分数据，了解通讯状况，实时获得测点位置坐标和测量精度．测量范围移动站与基准站距离一般在 15 km以内，精度达到厘米级． rtk系统具有以下优点；（ l）不需要通过后处理数据，就能知道测量位置坐标和精度；（2）保证在所有的测绘点同时采集数据且工作正确；（3）具有精确地转换到一个特殊坐标系统的能力；（）与静态测量相比有较强的实时性，与伪距差分测量相比有较高的精度．

3 . rtk系统的组成和工作方式

rtk系统由基准站和移动站组成，考虑在野外的作业方便，移动站的体积和重量尽量减小到最大限度，以达到轻便实用的目的．系

统的基本组成为2台及2台以上的gps接收机和天线，相应个数的数据通讯电台（其中1台用于发射），与移动站相同的测量控制器或便携机，用于陆地测量的便携工具，有水上测量任务的配备相应的设备，电源设备，以及动态测量软件，水道测量需配备相应的水道测量软件如hypack、hydro等海测软件．

基准站由gps接收机和天线、数传电台和天线及 电源设备组成（见图1）。

便携移动站由gps接收机和天线、数据链和天线、控制器、电源设备以及便携工具组成（见图2）．

用于水道测量的移动站与便携移动站相似，只是增加了回声测深系统（见图3）．

图3rtk船台移动站配置示意

基准站将其数据信息通过数据链发送到移动站，移动站的数据链接到数据通过gps接收机到测量控制器，由rtk测量软件解算有关信息，获得移动站的位置三维坐标和测量误差范围． 4. rtk技术实现的关键

进行rtk定位时，基准站把观测值及其测站已知坐标通过数据链发送到移动站，移动站不仅采集gps观测数据，且通过数据链接收到的基准站数据，并在移动站上形成差分观测值后实时求出移动站厘米级精度坐标．移动站可处于静态，也可处于动态，可在一个固定点上进行初始化后进入动态工作，也可以在动态条件下进行初始化（需有动态初始化on－the－fly简称otf功能接收机）．rtk

技术实现关键在于数据传输和数据处理技术上的重大进展．（1）数据传输技术名tk定位时要求基准站实时向移动站发送信息，要求发送量大，且数据可靠即误码率很小（l’），移动数据通讯技术的发展促成了rtk数据传输技术的成熟，数据传输电台要求提供高速低误码率的数据传送，数据传输速度一般不低于9600波特；（2）数据处理技术，rtk技术在数据处理方面的关键和模糊度的求解，实时处理相位必须能实时地搜索并判断唯一相位观测值的初始整周模糊度，常用的方法有模糊度函数法、fara法和组合搜索技术． 5. rtk在水库测量中的应用

水库测量根据生产需要，在兴建水库之前，的规划设计和施工过程中以及在水库建成以后，对水库的库容变化都需要定期的进行库容观测，为水库的设计施工和水库调度服务．传统的水库库容测量方式是用断面法，在水库千流和较大的支流河段隔一定距离选择有代表性的位置作横断面，计算某一高程下的断面面积，两个断面之问计算体积，这些体积的累积就是要测量的库容．目前国内大多数水库仍采用这种方法对水库进行观测．传统的陆上测量仪器是经纬仪、水准仪等传统光学机械仪器，近年来应用了一些先进的红外线和激光测距，更先进的有全站仪．水道测量则需要六分仪和测深设备，而这样的手段，需要在断面线上建立高大的断面标志和基线标志，便于观测者沿断面线方向测量，在通视条件差的区域，测量非常困难．尤其是在植被好的南方水库，就更加困难．而且断面标志位置的确定和建设需要投入大量的人力和物力．

用gps实时载波相位差分rtk测量则可以克服以上几个方面的困难．rtk测量可以采用断面法也可以采用地形法测量．其工作方式如下：利用库区建立的平面和高程控制网，规划好作为rtk测量基准站点的位置，尽量利用现有的控制点，不足的规划补充，保证测量区域或断面测量区域在与基准站点距离在15 km以内．在地形图上设计规划好观测断面的位置坐标，单纯用gps实时动态测量rtk进行测量，则不需要像传统方式在断面端点埋桩、建标． 选取库区的3个有当地已知坐标的典型控制点，已知wgs－84坐标，或静态单机定位确定wgs－84坐标，坐标测量值与真值误差小于 20 m，可以满足d级或e级控制，满足水库地形测量精度要求．由测得的wgs－84坐标与当地坐标推求的转换参数，一般小范围用三参数，范围较大用七参数．把椭球投影参数和转换参数等设置到控制器上，水下地形测量一般由计算机控制，参数根据软件要求设置在相应位置．用快速静态或实时动态rtk引测基准站点，可获得基站点较高精度的三维坐标值．

把基准站控制点的点号和坐标输入控制器或者通过控制器输入到基准站gps接收机，把规划设计好的断面线端点点号、坐标值输入到移动站的控制器中或计算机中．做好以上准备工作就可以进行水库断面测量或地形测量．

为了便于陆上地形测量，用rtk方式进行图恨控制点测量，实时得到三维坐标结果．中海达 gps移动站设置与水道测量和数据存储方式略有不同，移动站的实时数据都储存在手簿中，水上测量的

数据储存在测深仪仪器当中，水深数据经过测深软件处理之后便可得到。

实践证明gps实时动态rtk测量与常规测量方式相比具有很大优势．表现在使用方便，精度高．提高功效减少测量标志建设费用，不受通视条件限制，可以在雾天等恶劣天气条件下正常工作，在水库测量中能够发挥很奸的经济效益和社会效益． 注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。