概述GPS—RTK在水文地形測(cè)量中的應(yīng)用

張海金，齊 鵬，江 山

(綏化水文局，黑龍江綏化152000)

水文地形測(cè)量通常是指，對(duì)新建或者已有的水文、水位站進(jìn)行站址測(cè)繪、勘察等工作，主要內(nèi)容包括7項(xiàng):①測(cè)量的平面、高程控制點(diǎn)及水準(zhǔn)點(diǎn);②水邊線(xiàn)及歷年最高水位下的曼灘邊界;③等高線(xiàn)及流向、地物;④河流、串溝、島、居民區(qū)及其他建筑物;⑤站房、觀(guān)測(cè)場(chǎng)、觀(guān)測(cè)設(shè)備、水尺、斷面、測(cè)井等;⑥主要交通線(xiàn)名稱(chēng)和通往地點(diǎn);⑦上述述各項(xiàng)的高程和位置。我們所使用的徠卡GPS—1200，在使用過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)其具有定位精度高、布點(diǎn)靈活、觀(guān)測(cè)時(shí)間短、測(cè)站點(diǎn)間無(wú)需通視、操作簡(jiǎn)單、可1人單獨(dú)或者2人同時(shí)測(cè)量提高工作效率等優(yōu)勢(shì)。

1 GPS—RTK測(cè)量定位的基本原理

GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(Real—TimeKinematic)簡(jiǎn)稱(chēng)RTK，是一種基于高精度載波相位觀(guān)測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)。GPS—RTK技術(shù)采用差分GPS3類(lèi)(位置差分、偽距差分、相位差分)中的相位差分，這3類(lèi)差分方式都是由發(fā)送改正數(shù)，由流動(dòng)站接收并對(duì)其測(cè)量成果進(jìn)行改正，已獲得精確地差分定位結(jié)果，所不同的是發(fā)送改正數(shù)的具體內(nèi)容不一樣，差分定位精度也不同。前2類(lèi)定位誤差的相關(guān)性會(huì)隨基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的空間距離的增加使其定位精度迅速降低，所以GPS—RTK采用相關(guān)差分方式。在已知點(diǎn)上設(shè)置1臺(tái)GPS接收機(jī)為基準(zhǔn)站(未知點(diǎn)位置也可以)，并將一些必要的數(shù)據(jù)，如基準(zhǔn)站的坐標(biāo)、高程、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)等輸入到GPS控制手簿中，另外1臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī)設(shè)置為流動(dòng)站，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)接收同一時(shí)段的相同GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，基準(zhǔn)站將接收到的衛(wèi)星信號(hào)通過(guò)基準(zhǔn)站電臺(tái)傳輸?shù)搅鲃?dòng)站中，流動(dòng)站將接收到的衛(wèi)星信號(hào)與基準(zhǔn)站發(fā)來(lái)的信號(hào)傳輸?shù)娇刂剖植局羞M(jìn)行實(shí)時(shí)差分及平差處理，實(shí)時(shí)得到本站的坐標(biāo)和高程及實(shí)測(cè)精度，并隨時(shí)將實(shí)測(cè)精度和預(yù)設(shè)精度指標(biāo)進(jìn)行比較，一旦實(shí)測(cè)精度達(dá)到預(yù)設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)，手簿將提示測(cè)量人員是否接受該成果，接受后手簿將測(cè)量得到的坐標(biāo)高程及精度同時(shí)記錄在手簿中。

2 GPS—RTK技術(shù)在水文地形測(cè)量中的應(yīng)用

2011年9月，我們對(duì)綏化水文局中小河流新建水文、水位站共計(jì)17處使用了GPS—RTK技術(shù)進(jìn)行地形圖測(cè)量，任務(wù)量大時(shí)間緊迫，其中一些測(cè)站在林區(qū)，河岸兩邊草叢茂密、大樹(shù)聳立，測(cè)量條件十分不便。由于此次任務(wù)是測(cè)量新建水文、水位站，所以我們測(cè)量中所使用的數(shù)據(jù)均是指定一個(gè)固定點(diǎn)，然后在由此測(cè)量其余的點(diǎn)。我們初步選定好固定點(diǎn)，并且做好標(biāo)記，在WGS84坐標(biāo)下用流動(dòng)站在此固定點(diǎn)上測(cè)量一下，得出一個(gè)數(shù)值，然后使用RTK一步法進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，把該固定點(diǎn)的高程及空間坐標(biāo)設(shè)置為我們所假定的(由于水文地形圖測(cè)量中，對(duì)已知及未知點(diǎn)的要求指包括高程和經(jīng)緯度坐標(biāo)，故此我們使用一步法單點(diǎn)轉(zhuǎn)換，此精度符合應(yīng)測(cè)量要求)，然后在此模式下我們就可以進(jìn)行地形測(cè)量了。測(cè)量過(guò)程中我們把基準(zhǔn)站設(shè)置在一個(gè)視野開(kāi)闊的地方;視場(chǎng)周?chē)?5°以上無(wú)高大樹(shù)木、樓房等障礙物;基站周?chē)?00m內(nèi)沒(méi)有電臺(tái)、微波站等強(qiáng)電磁場(chǎng)發(fā)射源，離高壓線(xiàn)距離≥50m。基站和流動(dòng)站之間的通信使用電臺(tái)傳輸，整體信號(hào)接收效果良好，特別在無(wú)高大樹(shù)木或者草叢中，信號(hào)實(shí)時(shí)快速定位、測(cè)量速度快、精度高。我們此次測(cè)量使用徠卡GPS1+2測(cè)量模式，即2人同時(shí)測(cè)量，一個(gè)在河左岸，一個(gè)在河右岸測(cè)量速度快，互不影響提高了工作效率。與其他測(cè)量?jī)x器相比，使用GPS測(cè)量技術(shù)還是比較方便和迅速的。

3 GPS—RTK在水文測(cè)量中的精度控制和應(yīng)注意的問(wèn)題

本次使用GPS—RTK技術(shù)在新建水文、水位站地形圖測(cè)量中是成功的，無(wú)論在高程精度的表現(xiàn)還是每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)位置上，都達(dá)到了我們所期望的要求，我們?cè)?jīng)對(duì)GPS—RTK技術(shù)高程測(cè)量精度做過(guò)比較，選取2個(gè)已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)，兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)間的距離約為1 km左右，我們用GPS測(cè)量，即由一個(gè)已知點(diǎn)，測(cè)出另一個(gè)未知點(diǎn)的高程，通過(guò)測(cè)量得出另一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，此高程與該點(diǎn)原有用三等水準(zhǔn)測(cè)得高程相比較差為18 mm，即測(cè)量點(diǎn)間精度＜±30 mm。從以上論述中我們可以發(fā)現(xiàn)GPS—RTK技術(shù)在我們水文測(cè)量工作中，應(yīng)用廣泛，簡(jiǎn)單便捷，與其他測(cè)量?jī)x器相比存在巨大優(yōu)勢(shì)。然而它又存在一些不足之處，仍存的局限性為:①GPS依靠的是接收從地面以上約為2萬(wàn)km的衛(wèi)星的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，這些高頻、低功率的信號(hào)，不易穿透可以阻擋衛(wèi)星和GPS接收機(jī)之間的障礙物。如流動(dòng)站在大樹(shù)下或者房屋屋檐下信號(hào)接收受到影響，導(dǎo)致精度達(dá)不到要求或者接收不到信號(hào)，特別在測(cè)次測(cè)量中我們?cè)诖髽?shù)下、茂密草叢中衛(wèi)星信號(hào)接收精度殘差大，需等待一會(huì)方可達(dá)到定位要求，個(gè)別情況下接收不到信號(hào)無(wú)法測(cè)量定位。②在RTK定位時(shí)，要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)把數(shù)據(jù)傳輸給流動(dòng)站接收機(jī)，而RTK電臺(tái)功率為20多瓦，要求基準(zhǔn)站與流動(dòng)站不應(yīng)有較大障礙物，一般來(lái)說(shuō)，RTK作用距離與基準(zhǔn)站架設(shè)高度有關(guān)，架設(shè)高度為20 m時(shí)，可達(dá)到10 km，高度為10 m時(shí)，可達(dá)到8 km，普通架設(shè)可達(dá)6 km。

同時(shí)我們還要注意2點(diǎn):①無(wú)論外置電池還是內(nèi)置電池都要按要求使用保養(yǎng)，并有備份;②注意天線(xiàn)高度的應(yīng)用及基準(zhǔn)站設(shè)備的看護(hù)問(wèn)題。

［1］徐紹銓?zhuān)瑥埲A海，楊志強(qiáng)，等.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2007.

［2］黃聲享，郭英起，易慶林，等.GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用［M］.北京:測(cè)繪出版社，2007.