浅析GPSRTK技术在水文测量中的应用

林文安

摘要:随着GPS-RTK技术的不断完善与发展，RTK技术已经在很多测量工程中得到广泛应用。本文结合实践，主要介绍了GPS-RTK技术的基本原理及系统组成，重点阐述了GPS-RTK技术在水文测量中的应用及其优越性，指出了操作时应注意的事项，以确保测量的精度，有利于GPS-RTK技术的进一步推广应用。

关键词：RTK技术；基本原理；水文测量；高程测量；精度

水文常规测量技术作业劳动量大，且效率低，并不能较好的满足人们所需要工作效率和测验精度的要求。随着GPS技术的发展，GPS-RTK技术也得到日益完善，RTK技术在水文测量中也逐渐得到广泛应用，相对于以前传统测量技术而言，提高了测量的工作效率和测点的精度，取得了较好的经济与社会效益。本文就GPS-RTK技术在水文测量中的应用进行相关分析。

1RTK工作原理

RTK测量系统一般由三部分组成:即GPS接收设备、数据传输系统和实施动态测量的软件系统。RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的,有快速高精度定位功能的载波相位差分测量技术,它能够实时获得测站点在指定坐标系中的三维定位结果,且具有厘米级的位精度。RTK测量的工作原理是:将一台接收机置于基准站上。另一台或几台接收机置于载体(称为移动站)上1基准站和移动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号,基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较,得到GPS差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的移动站精化其GPS观测值,从而得到经差分改正后移动站较准确的实时位置其工作原理如图1所示。

图１ＲＴＫ工作原理图

2RTK系统的组成

2.1基准站的组成

（1）GPS接收机及其天线；

（2）无线电传输设备；

（3）电子手簿。

2.2流动站的组成

（1）GPS接收机及其天线：用于接收GPS卫星信号；

（2）无线电接收电台及其天线：用于接收基站电台发射的无线电信号，很多仪器都将该部分设为内置在流动台内部，减少了外接设备数量；

（3）电子手簿：用于设置流动站和接受电台的各项参数，通过手簿进行各项测量工作的操作，可以与基准台共用一部。各系统组成如图2所示。

图２ＲＴＫ部件组成图

3RTK技术在水文测量中的应用及其优越性

3.1地形测量

在现行水文测验规范中规定，逢“0、5”年份，或者水文测站地形发生了明显的变化，就必须将水文测站周围的地形图做详细的测量。过去测地形时一般首先要在水文测站范围内建立图根控制点，然后采用全站仪或经纬仪测量地形地貌等碎部点，这些碎部点必须与测站通视，否则还需换站测验，测验完毕后，还要电子成图，进行地形测量一般需要3～4人，水文测站范围一般较小，在该测区内，这种做法耗时费力。

现在采用RTK时，仅需一人背着仪器在要测的地形地貌碎部点呆上一、二秒种，并同时输入特征编码，通过手簿可以实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室内，由专业的软件接口就可以输出所采集的地形图数据，这样用RTK仅需一人操作，不要求各测点间通视，大大提高了工作效率。

3.2大断面测量

水文测站大断面测量，现行规范要求起点距测量方法为钢尺丈量、经纬仪或全站仪测验。采用钢尺丈量时，需在水面以上陆地部分，布置高程控制桩点，然后钢尺丈量点与点之间的距离，并用水准仪测量高程，同时还采用其它方法检测水边测量精度。该方法要求测验人员较多，当地形复杂时，比如杂草或者树林灌木较多，距离丈量精度可能会出现误差，当遇到测站大断面中间出现江心洲时，该方法有很大的局限性，并且高程控制桩点不一定完全布置在断面线上。采用全站仪观测时，遇到江面较宽，还要换边测量，对人力物力要求很多。

如果采用GPS－RTK测验技术，这些问题将迎刃而解。当基准台架设完毕后，由一人随带流动台，在测站大断面测区内找出2～3个校核点比测，比测合格后，在电子手簿中，输入断面线，测验人员可以根据导航模块，直接在断面线上施测碎步点，这样就可以控制每一个测点均在断面线上，并且数据量也比较密集，可以很好控制住断面变化转折点，提高测验精度。图3为某水文站2008～2011年采用GPS－RTK测验技术施测的大断面，通过对比可以发现，陆上部分地形很吻合，应证了GPS－RTK测验技术的可靠性。

图３某水文站2008-2010年大断面图

3.3流量测验（配合ADCP测流）

声学多普勒流速剖面仪（ADCP）现广泛应用于水文测站流量测量中，该技术能大大提高测验精度，减少测验时间。但是当水文站的断面存在河底走沙时，流量测验将不准确，和常规测验仪器相比，存在偏小的趋势。在这种情况下，可以配合GPS－RTK测验技术，利用GPS的实时动态提供的数据，将会提高流量测验精度，发挥ADCP高效、快捷和准确的作用。表1为2010年该站ADCP不采用和采用GPS－RTK技术，流量测验精度比较。

表１水文站采用GPS－RTK数据和不采用GPS－RTK数据测流成果精度比较

3.4特殊情况下水准高程测验

在RTK技术应用中，被使用者最为关注的就是高程测量的精度和基面问题。GPS测量求得的原始坐标是WGS－84（B，L，H）三维坐标。而我国水准测量是采用1985国家高程基准或其他基面，以大地水准面为起算面，最后以正常高作为使用的高程。因为测量原理不同，两种测量的起算面不同，所以两种高程值之间存在差异。

（1）尽量减小人为误差影响。主要是减少天线安置误差和天线高量取误差，天线安置采用脚架对点器精确对中，天线高量取误差应小于1mm。

（2）流动台距离基准台距离不超过5km，以削弱电离层折射和对流层折射的影响。

（3）基准台应架设在空旷且无遮挡的地方，以增强信号的稳定性。

4RTK操作时应注意的问题

GPS－RTK测量技术具有省时快捷方便的优点，但是在使用时，应注意以下几点要求：

（1）RTK测验的基础是GPS定位技术，这就要保证对GPS卫星的连续跟踪以及跟踪卫星的数目必须满足要求。所以在工作时应把基准台架设在地势较高的区域或是开阔的场地，特别是要避开雷达、信号发射塔和高压电线等影响电磁波传输的因素。基准台和流动台之间的距离最好不要超过5km，以保证测量精度。

（2）在测验过程中，必须保证采用RTK测量时的可靠性和准确性，所以必须采用已知点校核法对RTK的测量结果进行比较验证。在实际工作中，应至少有2～3个已知点作点校正才能进行后续其他测量工作。

（3）测量时需采用一些方法来提高测量精度。如延长测量时间、使用对中器、选择最佳观测时段、增加观测次数或改变基准站等。同精度两次测量值的较差取3cm以下为宜。

（4）在使用和搬运过程中，应保护好RTK系统的各个部件，以确保产生准确无误的测量数据和仪器的长期使用。

5结束语

综上所述，RTK技术在进行水文测量时不受天气、地形、通视等条件的限制，操作简便，工作效率比传统方法提高数倍，大大节省人力，能够较好的达到测量的精度要求。可以说，RTK技术的应用，是水文测量技术和作业方法的革命性变革。

参考文献

[1]娄建民，GPSRTK技术在库区水文大断面测量中的应用[J].陕西水利,2008.05

[2]娄建民,库区水文大断面测量基于GPSRTK应用技术研究[J].GPS在水利行业应用研讨会论文集[S].2007年