简谈GPS-RTK在水利工程中的应用

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　　摘要：水利测绘工程中引进GPS技术是一项重大的技术革命，GPS技术凭借其不受外界因素限制等优势，为水利测绘工程节约了时间并提高了效率。本文介绍了GPS全球定位系统的组成、GPS高程测量技术及RTK技术的构成、工作原理及其在水利测绘工程领域中的运用。
　　关键词：水利工程；测绘；GPS；高程测量
　　
　　一． 引言
　　测绘是一项服务于国防建设和经济社会发展的基础性工作，对于加强国家宏观调控、促进区域经济和谐发展、创建社会主义和谐社会等方面有着至关重要的作用，它是以计算机技术、光电技术、网络通讯技术、空间科学、信息科学技术为基础，以全球定位系统（GPS）、遥感（RS）、地理信息系统（GIS）为技术核心，将地面已有的特征和界限通过测量手段获得反映地面现状的图形和位子信息，供工程建设的规划设计和行政管理之用。随着科学技术的发展和社会的进步，一些新的测绘技术被引进了水利工程，并发挥着重要的作用。全球定位系统（GPS）的引入和运用，为水利工程提供了更加准确的信息和数据，为工程建设效率的提高提供了有力保障，为运营着的水利工程提供了实时安全监测的可能性。
　　测绘是一项涉及国家机密、体现国家主权及政治主张的工作，全面提高测绘工作质量，为维护国家安全和版图尊严有着重要的意义。然而，基础地理信息缺乏、服务水平偏低、成果的开发及利用不够、统一监管薄弱等仍然是我国测绘事业发展中存在的重要问题，因此，应全面提高测绘水平，推进测绘事业发展，满足社会主义发展的各个方面对测绘工作的需求，更好地为地理信息产业乃至国家经济社会发展服务。
　　二． GPS-RTK技术原理
　　1. GPS全球定位系统
　　全球定位系统GPS（Global Positioning System），简称“球位系”，是目前两套运行着的卫星定位系统之一，另一套是俄罗斯的GLONASS。目前，GPS已被广泛运用与测量领域，并占据了大部分的市场。随着差分GPS技术的发展，引入GPS的测绘定位技术已由静态发展至动态阶段，由事后处理发展至实时定位阶段，由绝对、相对精度发展至米、厘米乃至毫米级精度阶段。GPS的三个组成部分分别是，空间部分、地面监测部分和GPS接收机。在空间部分，24颗卫星按6个轨道分布在20200km的高空，以12h的周期运行着；地面监控部分分为监测站、主控站、注入站三部分，主要负责监控卫星、获取数据及注入星历到卫星的工作；GPS接收机通过空间距离交会方式来接收卫星信号。
　　2. RTK技术构成及原理
　　RTK（Real-time kinematic）即实时动态定位，是一种常用的以载波相位观测值为依据的GPS测量法，它可以在野外得到实时的厘米级的精确定位数据，在水利工程的测量中被广泛应用。RTK的运用解决了静态定位和准动态定位等定位模式因数据滞后而无法得出实时监测数据的弊端，保证了观测数据的质量，提高了GPS测量工作效率。基站将其所观测到的数据及测站坐标信息经由数据链传送至移动站，移动站接收基站数据和GPS的观测数据，并通过系统内部组成的差分观测值对数据作实时处理，以给出精确至毫米的定位结果。
　　3. GPS高程测量方法
　　（1） 等值线图法
　　从高程异常图或者大地水准面差距图查出各点高程异常或者水准面差距，其计算精度取决于等值线图精度。
　　（2） 高程拟合法
　　高程拟合法通常采取曲面拟合法计算GPS高程，是一种纯几何的计算方法。在高程异常变化平缓、控制面积较小的控制网，通过高程拟合法得到的GPS海拔高程能够接近或者达到四等水准测量精度。
　　（3） 大地水准面模拟法
　　大地水准面模拟法是对特定地区或整个地球大地水准面的数学描述，其本质是一种数学化的等值线图。EGM96是一个全球范围的大地水准面模型。
　　三． RTK技术在水利测绘工程中的应用
　　水利工程一般位于比较偏远的深山沟壑之中，存在着地形复杂、透视条件较差等问题，运用一般光学仪器进行测量工作难度较大。引入和运用GPS便能较好解决这类问题，因为GPS不会受到地形、气候及时间的限制，对降低测绘工作量和提高测绘效率有着积极的意义。
　　1. 快速静态定位模式
　　RTK的两种定位模式分别是快速静态定位和动态定位。快速静态定位模式是GPS接收机在流动站进行静止观测的定位模式，采用RTK快速静态测量法可以克服常规测量法受到客观因素制约的局限性，并且其效率很高，单点定位仅需5-10min，一般应用于控制测量中。
　　2. 动态定位模式
　　动态定位测量之前需做数分钟的初始化观测工作，之后便通过流动站依据预定采样间隔进行自动观测，动态定位模式被广泛应用于水利工程的勘测阶段，用于进行地形测绘、横断面及纵断面测量、导线测量和中桩测量等工作。与常规测量仪器相比，有着精度高、无需透视等优点，仅需测量2-4s，其精度便可达1-2cm。
　　3. RTK技术在水利测绘领域的应用
　　（1） 平面控制测量
　　运用RTK技术进行平面控制测量有着精度高、观测时间短等优势，当基准站与各个流动站间相距不超过15km时，流动站每站的观测时间仅需数秒钟。因此，在工程测量中，传统的导线测量控制方式逐渐被RTK技术取代。
　　（2） 放样测量
　　采用RTK进行点放样时，先向GPS流动站传送点放样坐标及静态网坐标转换参数，随后依据所放点标识实地放样；然后将该文件及坐标转换参数传送至GPS流动站的接收机，依据桩号及所放点和中心线关系在实地进行现场的放样工作。
　　（3） 高程测量
　　高程测量即运用GPS的测量资料和水准测量资料结合起来确定出区域性的大地水准面高程的一种测量方法，它是通过利用GPS定位技术的高精度观测数据来计算观测点大地高程差，建立大地水准面的数学模型，最终得出特定点正常高。GPS高程测量要求观测点须具有水准测量资料，并且要满足密度适当和分布均匀的条件。
　　四.结束语
　　水利工程是国家的经济命脉,在国家的经济建设中起着举足轻重的作用。先进的测量技术和方法是为设计提供准确数据、高精度的放样以保证施工质量、竣工的验收以及运营后的变形监测和环境监测的重要手段。
　　RTK技术与其它测量仪器和测量方法相比具有不能比拟的优势，随着GPS正在越来越多的应用在水利工程中，利用RTK进行地形地籍测量，不受天气、地形、通视等条件的限制，山区实施等级水准测量有一定的难度，用静态GPS高程测量代替等级水准测量不失为一种有效的方法，工作效率比传统方法提高3－4倍。
　　
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　　博览，2011，（03）
　　
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