南水北调中线工程定线中RTK的应用及探讨（张潇,赵风雷）

时间：2022-02-22 15:03:32 浏览量：次

摘要: GPS RTK定位系基于载波相位观测值的实时动态差分技术发展而来的，它能够实时地提供测点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，给出厘米级定位结果。给出了GPS RTK技术应用于线路定线测量的基本方法，并结合具体的工程实践提出了RTK作业过程中技术路线及不可忽略的几个关键技术。

关键词: GPS RTK技术;定线测量;关键技术;南水北调中线工程

中图分类号: P228.4 文献标识码: A

1 概述

定线测量即线路放样，是把图上设计的物体按照已定的尺寸或坐标在实地上标定下来。传统的线路放样方法有偏角法、切线支距法、极坐标法等。一般需要事先根据坐标计算放样元素，再在实地使用全站仪等常规测量仪器测设出待放样线路。因其在实施过程中受测区通视条件和已知点分布等因素的影响，耗人耗时、效率低下，且缺乏实时有效的精度控制检核措施。

GPS RTK技术的应用，极大地提高了工作效率，较好地解决了实时而简便的检核工作模式，进而提高了成果的可靠性。RTK作业设备（电子手簿）一般都内置有功能强大的应用软件，能够很方便实现线路放样的要求，投入人员少、精度可控、作业方式灵活、效率高。

通过GPS RTK技术在南水北调中线工程定线测量中的实际应用，对该工程的几个关键技术、精度满足程度、可靠性以及技术保证措施等方面进行了有益的探索。

2 GPS RTK线路放样的工作原理及方法

2.1 工作原理

GPS RTK定位系基于载波相位观测值的实时动态差分技术发展而来的，它能够实时地提供测点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，给出厘米级定位结果。

2.2 硬件环境

以Trimble5700双频RTK GPS接收机为例，用于RTK作业模式实施线路放样测量的硬件主要设备为:Trimble5700GPS基站型接收机1台套;流动站型接收机至少1台套;Trimble TM3电台1台;TSCe电子手簿至少1个。其它必须的GPS RTK作业附件如脚架、鞭形天线、电源等。

2.3 工作流程

通过大量工程实践，GPS RTK作业的主要工作流程如下:

（1）打开TSCe电子手簿运行Trimble Survey Controller软件，新建当前线路放样工作任务。

（2）在当前线路放样工作任务中键入已知点数据和设计的待放样线路，Trimble Survey Controller软件提供了灵活的线路输入方式供用户选择。

（3）在已知点上架设RTK作业基站并启动基站GPS接收机，确认基站向外发送差分信号。

（4）启动流动站GPS接收机，在RTK线路放样模式下选择合适的方法按指示进行线路放样。

第（1）步和第（2）步的工作可在外业实施前的室内进行，预先做好放样数据准备;为保证放样结果的可靠性，第（4）步在线路放样前后和中间最好在已知点上做必要的检测，或在没有足够的已知点的情况下进行异站重点检测。

3 工程应用实例

3.1 工程特点

南水北调中线工程0+000～239+085段的定线测量、纵横断面测量及部分地形测量工作于2005年8～12月施测。

该段位于河南省南阳市及平顶山市境内，西起淅川县九重乡陶岔渠首，经南阳北跨白河，穿越淮、汉分水岭、方城垭口、东八里沟进入淮河流域，止于平顶山市鲁山县薛寨沙河南岸，全长239.085km。区内村庄集中，人口密集，农田多种植高秸经济作物，树木茂盛。地貌形态以平原和垄岗为主，少量丘陵。

该工程的主要特点有:

（1）精度要求高，因其为引水工程，且大部分为自流，因此对高程精度的要求尤其重要。

（2）作业线路长，1次作业线路长度达240km。

（3）缓和曲线、圆曲线与直线交错布设，式样复杂。

（4）沿线建筑物布置密集，穿越河道、道路多，布置有大量的倒虹吸、渡槽、立交等交叉建筑物。

3.2 主要技术指标

定线测量是在1954年北京坐标系1°带坐标的平面控制点上，根据设计提供的渠道中心线转折点、曲线起点、终点及圆心、半径数据等，定测在实地上。定测时的数据根据设计数据及测量成果进行计算。中心线上各桩点的里程桩号以设计提供的里程桩号为基础，并利用前后已知桩点的里程桩号进行内插，计算加密桩点的桩号。

中心线桩点的放样误差不大于0.2m。

渠道中心线上的整公里桩必须测设并埋设混凝土桩，曲线起点、曲线终点、横断面基点等需测设并打入木桩，桩旁打入书写里程桩号的桩牌。

3.3 工作模式及技术保证

定线测量模式采用GPS RTK测量方法及内、外业结合方式进行。

内业部分主要是在定测开始前根据设计的渠道中心线转折点、曲线起点、终点及圆心、半径等数据，在GPS电子手簿上分段设计出放样的线路。

外业定线测量时，采用GPS RTK线路放样作业模式，将设计线路在实地定测出来。

技术保证之1。在电子手簿设计出渠线的线路时，由于计算误差的累积，使得电子手簿设计出的渠线转折点与设计提供的转折点坐标存在差异，实测过程中将该差值控制在3cm之内。

技术保证之2。在RTK作业过程中将记录设定为自动记录模式，平面精度设定为±2cm，高程精度设定为±3cm，超过此限差的测量数据不得记录。测量对点误差一般按不超过放样位置±3cm控制，以保证定线及纵断面测量的精度。

技术保证之3。在进行RTK作业时，放样作业开始前及放样作业结束后均在已知点或基点桩上进行重点检测。为保证定线及纵断面测量的可靠性，全线作业期间在209个点（包括已知点）上检测了286点次。

3.4 精度及质量保证措施

采用GPS RTK放样定线，其成果精度及质量主要取决于RTK测量的数据质量。除了在实测过程中采用高于技术设计要求的精度控制指标外，还需对GPS RTK测量的数据进行大量的外符合检查，包括已知点检查和异站重点检查。

GPS测量平面精度一般较易满足测量精度要求，工程实践表明其平面检核较差均远小于高程检核的较差。由于GPS平面精度高于高程精度，因此着重对工程实施中的高程检测较差的点进行统计分析，经实测检验，重点高程检测较差的点统计如表1。

表1数据表明，实测精度高于技术设计的精度要求。

4 应注重的几个关键技术方面

应用GPS RTK技术进行定位测量时，其误差来源一般可以分为以下几种类型:与卫星有关的误差;信号传播过程中的误差;观测误差和地面接收设备的误差;采用软件的数学模型误差。

针对以上误差来源，结合RTK工作的特性，在具体实践中应该注意解决以下几个关键技术问题。

（1）在工作开展前，应先做星历预报分析，且尽量挑选卫星数多、卫星图形结构好的时段进行作业;尤其在电磁波密集的大中型城区作业时，应做电台信号传播试验，选择适当的频点以避免TRK电台信号被其它电磁波信号干扰。

（2）基准点应安置在地势高、对天通视条件好的高等级控制点上，有利于基站卫星信号的接收和电台数据链的发射。

（3）选用质量好的接收机和数据处理软件，能够较好的降低因接收设备带来的误差。而好的数据处理软件能通过有效模型改正，削弱大部分与卫星有关的误差和信号传播过程中带来的误差。

（4）多进行检测，包括已知点检测和异站重点检测，这是保证RTK数据可靠性的有效方式。

（5）求解准确的地方坐标系转换参数。GPS RTK测量是在WGS-84坐标系中进行的，而工程实践中多是在1954年北京等地方坐标系中进行的，这就存在坐标系转换的问题。条件许可的情况下应尽量联测均匀分布于测区的地方坐标系已知点以求得高精度的测区地方坐标系转换参数。

（6）初始化的问题。RTK设备一般都支持动态初始化，在作业过程中应时刻注意整周模糊度处于固定状态。对于厘米级要求的RTK作业，浮动解的精度都是不可靠的。

5 结语

RTK技术应用于线路定线测量，通过在如南水北调中线工程等特大型工程中的大量实践，尤其是长距离的线路定线测量，拥有常规测量技术无法比拟的优越性，主要体现在以下几个方面。

（1）操作简便、作业方式灵活。定线测量可以连续进行，也可以在任何时候从线路的任何一点开始，方便多台仪器协同作业。

（2）直观方便，指示清晰。设计的线路在RTK操作屏上非常直观的显示在眼前，作业员看着指示直接上点放样测量。

（3）投入人员少、效率高。1+n的作业模式（1个基站加n台流动站）就相当于n台常规全站仪组，且每个流动站的作业速度均要远高于常规1个作业组的作业速度。

（4）实现实时检核，成果可靠性增强。实施过程中随时对已知点进行检测，也可方便地实现异站重点检测等。

（5）误差不累积、不传播，精度高。对于线路较长的引水工程，平面及高程精度均能满足设计要求。

作者简介: 张潇，男，长江勘测规划设计研究院空间公司测绘信息工程院院长，高级工程师。

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