GPS-RTK技术及其在水利工程测量中的应用问题研究

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  • 更新时间2015-09-23
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莫家玉

(宁夏农垦勘测设计院〈有限公司〉,宁夏 银川 750002)

【摘要】gps-RTK测量技术的应用对水利工程的勘测手段和作业方法产生了技术性的变革,控制网的布设不再强调逐级布网,它可以直接在首级控制下直接布设图根控制点、采集地形数据及工程放样。只要在使用过程中严格按照工作流程操作,减少各种误差的影响,GPS-RTK测量技术在满足测量成果精度的前提下,相对于工程测量的传统方法具有明显省时、增效的优势。

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关键词 GPS-RTK技术;工程测量;水利工程;准确可靠;简单高效;误差控制

作者简介:莫家玉(1964—),女,汉族,宁夏中宁人,工程师,主要从事水利工程设计测量方面的工作。

0引言

在传统的工程测量中,控制测量主要通过经纬仪、全站仪、水准仪等仪器设备来建立测角网、测边网、边角网,这要求控制点之间能通视;地形图碎部点采集及工程放样测量主要依据加密后的控制点和图根控制点,借助仪器用极坐标法实地测定地形、地物点及放样点的边角关系,最后在图上展点绘图或确定放样点在实地的位置,这跟控制测量一样要求测站点和待测点之间能通视且在一定的视距范围内。所以传统的测量方法具有费时费工、精度不均匀的缺点。随着全球定位系统(GPS)技术的不断发展,实时动态测量——RTK(Real Time Kine-matic)测量技术也日益成熟,因其具有精度高、实时性和高效性,目前在测绘领域有着广泛的应用。

1RTK技术的基本原理及特点

RTK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。RTK定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,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-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4 km)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“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。

2GPS-RTK测量技术在水利测量中的应用

2.1RTK测量技术在水利工程测量中优势

(1)不用布设各级的控制点,而只需一定数量的测量基准控制点。

(2)RTK的测量能够提高精度。能够快速地测定地图中的图根控制点以及地形点和地物点的坐标。这使得在水利工程的具体测量中能够减少许多不必要的工作量,提高了测量结果的准确性。

(3)RTK技术可利用专业的测图软件,在野外快速生成所需电子地,并据已有的数据成果进行工程的施工放样。

2.2GPS测量技术在水利工程测量中的应用

GPS的应用可实现水利工程测量中的各测站之间不需要通视,就可以通过GPS的定位技术保证水利工程的施工是依据设计图纸进行的,不需要像以前那样在施工中必须保持各测站能够通视,简化了这一繁琐的工序。使用GPS测量的技术对水利工程进行测量观测的时间短,也就是在采用GPS技术对水利工程进行测量观测时,消耗的时间一般控制在30-40min左右。这种测量定位还是以快速的静态的定位方法进行,可以缩短观测时间。GPS测量技术可操作性强,就是使用GPS技术对水利工程进行测量的流程简便,测量技术自动化程度高。测量工作人员将天线对中整平,然后量取该天线,最后打开电源就可以进行自动测量观测。

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:①坐标转换参数的影响,求取的4个参数的/比例因子0值太小或高程拟合参数选取不够精确;②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;③数据采集时天线高输入错误;④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,在测量过程中应尽量避免或在内业数据处理过程中予以改正。

4误差控制以及提高RTK测量质量的方法

随着GPS-RTK技术在水利工程测量中的应用越来越频繁,逐渐暴露出该项技术在测量中存在的问题,比如测量的误差等。

4.1误差控制

这种误差的控制的技术主要就是从GPS技术的本身入手。由于GPS技术的卫星轨道误差是由于卫星出现了一定的错误,这种错误对于水利工程测量来说,它的影响以及测量数据的差异还是比较小的。在测量中可以基本上忽略不计。从RTK技术来看这是由于测量中使用的天线相位中心发生了变化导致了误差的产生,因此对于它的解决方法只要进行天线检验校正即可。

信号传播误差控制。GPS信号的传播有关误差的产生主要是由于自然环境的影响。比如,大气的环境和对流层变化等。因此解决方案只需使用双频RTK同步差分以及去控制测量过程中使用的天线高度角就能够减小,甚至消除这种误差。但是,对于在使用RTK定位技术测量的误差也就是出现了多路径效应误差,以及其他信号干扰误差时,它的解决方法是在测量中做好环境的检测,而尽量的(下转第210页)(上接第154页)远离雷达站以及无线电和电磁波等干扰源,这能够极大的控制误差减少。

4.2提高RTK测量质量的方法

已知点检核比较法。这种用来提高RTK测量质量方法是目前最常见的方法,它主要是利用RTK测出的控制点的坐标,对这些坐标点进行比较检核之后,测量的误差进而对其解决和纠正重测比较法。重测比较法就是重新测量进行比较。具体来说就是对已经测过的几个RTK的点,以及水利工程测量中的确定没有问题的高精度控制点,重新进行RTK点的测量,然后进行比较发现问题最后解决问题。另外还有类似于电台的变频实时检测法等等。

5结束语

总之RTK测量技术不仅操作简单方便,而且,RTK的测量能够高精度、快速地测定地图中的图根控制点以及地形点和地物点等的坐标。因此,对于GPS-RTK在水利工程测量中的应用方法进行研究分析能够提高水利工程的测量的准确性使该方法得以广泛应用。

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[责任编辑:许丽]