浅析GPS-RTK在水利勘测中纵横断面测量的应用效果

浅析GPS-RTK在水利勘测中纵横断面测量的应用效果

吴佳坤

普洱市水利水电勘测设计研究院

摘要：GPS-RTK是一种相对较为成熟的测量手段，具有高效、精确、经济等优点，在工程测量中有着广泛运用。在水利勘测中，纵横断面测量是一项十分重要的内容，与水利工程安全有着密切联系，提高纵横断面测量水平十分必要。本文就在概述GPS-RTK基本原理、系统构成和优点的基础上，对其在水利勘测中纵横断面测量中的应用展开分析。

关键词：GPS-RTK；水利勘测；纵横断面测量；应用

近些年来，随着科学技术的快速发展，水利勘测的技术和设备不断更新，而GPS-RTK技术出现，促进了水利勘测水平的提升。GPS-RTK包括静态和快速静态测量、准动态和动态测量等，其测量精度十分职高，厘米级和毫米级均可以实现，测量结果更为可靠，十分符合水利勘测纵横断面测量工作的需求。

一、GPS-RTK基本原理与优点

（一）GPS-RTK基本原理

1.GPS-RTK定位原理

GPS-RTK是一种新兴定位技术，其定位原理是：在基准站中，可以测量到载波相位观测值，然后借助无线传播技术，将此观测值与基准站的坐标、伪距观测值等全部传送到流动站中，流动站在接受数据后会差分处理载波相位，通过计算后，就能够得到流动站与基准站坐标差值，然后在基准站坐标基础上，得到流动站的详细坐标，完成定位。相较于传统测量定位技术，GPS-RTK不仅测量速度快使用范围广、测量精度高，还可以在无通视条件下全天候作业[1]。

2.GPS-RTK测量原理

GPS-RTK测量包括静态测量和动态测量两种，其测量原理各不相同，其中，静态测量是通过借助两台及以上GPS接收机，完成对同一目标区域的同步观测，然后处理得到的数据，就可以获取测量间的WPS-84基线向量，且向量精密度较高；再利用平差、转换等方法，最终就可以确定测量点的详细坐标。在静态测量中，无法实现实时、动态测量的目标，所以，需要结合RTK技术来辅助。

在动态测量中，以静态测量为基础，在GPS接收机之间增加通讯系统，就能够使之前相对独立的两个GPS接收系统转变为有机的整体。在测量过程中，利用无线电数字通讯系统，流动站可以在第一时间得到基准站的各种观察数据和信息，经处理后，即可实现上述定位功能。由此可见，通讯系统和数据处理是GPS-RTK测量的重要基础，必须提高通讯系统数据传输的水平，增强数据处理的能力。

（二）GPS-RTK的优点

第一，流动点和基准点间无需通视。在GPS-RTK测量中，数据的传输是以无线通讯完成的，即使点与点之间存在间隔，无法通视，也可完成测量工作，且GPS网布设没有严格限定几何图形，所以，可以灵活选择GPS点。

第二，控制测量精度较高。在GPS静态测量中，测量数据采取的是后处理方式，能够达到很高的精度，是控制测量的首选方法。

第三，测量速度快、效率高。在GPS测量中，只需要较短的时间，即可完成一条基线的静态定位，其所需的观察时间，在不同精度条件下，通常为1-3h，甚至可以数分钟即可完成；在地形图测绘或图根控制中，利用RTK放样，可以快速得到相应结果，效率十分高。

第四，具有较高的自动化、操作便捷。在GPS测量操作中，所有的数据观察、传输以及处理，都是借助设备自带软件完成的，具有较高的自动化，测量员需要操作的内容主要有：接收机的安装、天线高量取和仪器状态监测、环境气候数据采集、开关机等，操作十分便捷。

第四，全天候作业、适用范围广。相比于其他测量方法，GPS测量对天气条件有较强的抗性，只要能够持续同步观测到4颗以上卫星，就能够在任何时间、任意地点完成测量，实现全天候作业。利用GPS测量，可同时完成测点平面和高程信息的测量，结合RTK技术，就能够完成地形测绘、施工放样和纵横断面测量等，适用范围广泛[2]。

（三）GPS的系统构成

GPS系统主要包括三个部分，分别是信号接收系统、数据传输系统和数据处理系统，具体是指：

首先，GPS信号接收系统。在GPS信号接收系统中，虽然从理论上而言，单频接收机和双频接收机均可以，但由于单频接收机存在初始化时间长、容易失锁的弊端，达不到实时动态测量的要求，信号接收系统采取的多是双频接收机。

其次，数据实时传输系统。在GPS测量中，流动站处理的数据必须是基准站、流动站同一时刻测量的，所以，必须保证数据是实时传输的。在这种要求下，GPS数据实时传输系统采用的无线通讯设备必须具有较高的质量，加上传输数据量较大，系统需要有较高速率，通常而言，波特率要超过9600。

第三，数据实时处理系统。基准站将自身信息与观测数据，通过数据解算出台后，即可进行每个历元的实时处理，只要保持锁定四颗以上的卫星，并具有足够的几何图形强度，就能随时给出厘米级的点位精度，因此，必须具备功能很强的数据处理系统。

二、GPS-RTK在水利勘测中纵横断面测量的应用

首先，在实行外部作业前，先将室内数据输入到手簿中，包括坐标和控制点等，坐标是指需要测量纵横断面的设计坐标，控制点是需要使用的控制点。同时，为了确保信号能够传递到测量区和流动站中，在设置接收机基准站时，通常会选择在整个测量区的中央位置。此外，为提高坐标位置的精确性，需要在测量区四个方向上选择9个信息已知或已有的点，根据此点的坐标、高程等信息，完成坐标参数的转换；还需要选择两个四级点进行联测，对坐标参数进行核对，确保点位高程、平面坐标精度误差在2cm之内。

其次，在GPS-RTK测量纵横断面的过程中，以手簿中修正的坐标为基础，确定中心线位置。然后测量放样点的高程，结合实际情况，在中心线上适当加密高程点，完成对纵横断面需测量部位高程点的测量，为之后纵横断面垂直方向测量创造良好条件[3]。

如果勘测的水利工程位于平原地区，或者周边环境较为开阔时，GPS接收机信号基本不会出现中断，固定解可以在1-2s内传输到GPS接收机中，此时，可以在走动过程中，同步昨晚放样和采点。如果测量地区信号条件较差，需要通过多次初始化或者多次历元数量、采取多个单独历元采集的方法，提升定位测量结果的精准度。

第三，GPS测量具有较好的灵活性，在纵横断面测量中，可以采取GPS实时动态测量的方法，这样一来，不仅能可以得到测量点的实时精度，也无需设置通视条件，在完成定位精度后，即能停止观测，顺着河道渠线方向完成布置，提高RTK建站的速度。同时，利用RTK技术，可以直接得到测量点的三维坐标，快速完成对纵横断面各个点坐标和点位信息的采集，利用数据自动存储和处理技术，通过计算机输入和输出，就能够得到包括纵断面、桩号等信息的纵横断面地图，工作效率快、人工成本低。

结语：

综上所述，GPS-RTK测量是一种先进、高效的测量技术，相较于其他测量方法而言，有着许多明显的优势，对于水利勘测中纵横断面测量有着重要作用。因此，必须详细了解GPS-RTK测量的基本原理，掌握GPS系统的组成，在实际纵横断面测量工作中，准确应用GPS-RTK技术，做好测量各个关键点的控制，保证GPS-RTK测量结果的可靠、真实，提升纵横断面测量水平。

参考文献：

[1]王学会.浅议GPS-RTK技术在水利工程渠道纵横断面测量中的应用[J].科技与企业，2012，17：168+170.

[2]吴连勇，赵润光，张金荣，崔志红.GPSRTK在水利勘测中纵横断面测量的应用[J].内蒙古民族大学学报，2010，02：26-27.

[3]张亮，曲佳音.GPS-RTK技术在渠道纵横断面测量中的应用[J].测绘与空间地理信息，2010，03：164-165.