高紅光，魏 強(qiáng)，吳成群

（1．內(nèi)蒙古自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計院，010020，呼和浩特；2．內(nèi)蒙古自治區(qū)測繪院，010051，呼和浩特）

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在水工測量中的應(yīng)用

高紅光1，魏 強(qiáng)2，吳成群1

（1．內(nèi)蒙古自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計院，010020，呼和浩特；2．內(nèi)蒙古自治區(qū)測繪院，010051，呼和浩特）

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)；常規(guī)RTK；網(wǎng)絡(luò)RTK；水利工程測量

隨著全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)的發(fā)展以及我國自行研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)2012年完成對亞太地區(qū)的全面覆蓋，GPS技術(shù)特別是實(shí)時動態(tài)測量系統(tǒng)（RTK）在測量中的應(yīng)用越來越廣泛。與傳統(tǒng)測量技術(shù)相比, GPS RTK技術(shù)因其定位精度高和測量的實(shí)時性、高效性與全天候性，將逐步取代傳統(tǒng)測量成為大地測量、工程測量、城市規(guī)劃測量、變形監(jiān)測、水利工程測量等工作領(lǐng)域的主要測量作業(yè)手段。然而受基準(zhǔn)站和流動站間距離、周邊測量環(huán)境及電臺功率衰減的影響，常規(guī)RTK測量的數(shù)據(jù)傳輸效果和精度都受到很大限制，為了克服這些缺陷，且隨著Internet技術(shù)、無線通信技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)目前在測量領(lǐng)域受到了高度重視。

一、常規(guī)RTK技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)

RTK（Real—time kinematic）實(shí)時動態(tài)測量是全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)與數(shù)據(jù)通信技術(shù)相結(jié)合的載波相位實(shí)時動態(tài)差分定位技術(shù)，能夠在野外實(shí)時得到厘米級定位精度的測量方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，極大地提高了測量外業(yè)作業(yè)效率。

常規(guī)RTK作業(yè)模式由基準(zhǔn)站、流動站、電臺和數(shù)據(jù)鏈組成。其工作原理是以測區(qū)內(nèi)高等級控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn),安置一臺GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站,對衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測,流動站上的GPS接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號的同時,通過無線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上無線電臺發(fā)來的基準(zhǔn)站的觀測值和測站坐標(biāo)信息,流動站上的GPS手簿根據(jù)相對定位的原理實(shí)時解算整周模糊度未知數(shù)并計算顯示流動站的三維坐標(biāo)，同時給出厘米級定位結(jié)果。

常規(guī)RTK技術(shù)在水利測量應(yīng)用中遇到的最大問題就是參考站校正數(shù)據(jù)的有效作用距離和無線數(shù)據(jù)鏈電臺信號衰減帶來的對作業(yè)半徑的制約。GPS誤差的空間相關(guān)性隨參考站和移動站距離的增加而逐漸失去線性，因此在較長距離下經(jīng)過差分處理后的用戶數(shù)據(jù)仍然含有很大的觀測誤差，從而導(dǎo)致定位精度的降低和難以正確確定整周模糊度，無法獲得固定解。為了保證得到滿意的定位精度，常規(guī)RTK的作業(yè)半徑就會受到極大限制。而且無線數(shù)據(jù)鏈電臺信號在傳輸過程中易受外界環(huán)境影響，如高大建筑物、山體、樹林和各種高頻信號源的干擾，使得無線電信號在傳輸過程中衰減嚴(yán)重，這也是一個制約常規(guī)RTK的測量精度和作業(yè)半徑的重要因素。

為了克服常規(guī)RTK技術(shù)作業(yè)半徑受限的缺陷，并隨著Internet技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們提出了網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)RTK是由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)通信鏈路和用戶組成，它集Internet、無線通信、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理和GPS定位技術(shù)于一體，有效地克服了常規(guī)RTK測量中測站間距的限制，且不需要架設(shè)基準(zhǔn)站，在保障了測量精度的條件下，其有效測量距離可以達(dá)到幾十甚至上百km。

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)是在一定區(qū)域內(nèi)建立多個基準(zhǔn)站，對該地區(qū)構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋，并進(jìn)行連續(xù)跟蹤觀測，通過這些站點(diǎn)組成衛(wèi)星定位觀測值的網(wǎng)絡(luò)解算，獲取覆蓋該地區(qū)和該時間段的RTK改正參數(shù)，該區(qū)域內(nèi)RTK用戶利用基準(zhǔn)站的載波相位觀測數(shù)據(jù)，與流動站的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時差分處理并解算整周模糊度，通過差分消去了絕大部分誤差。在網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)中，常規(guī)RTK測量中的線性衰減的單點(diǎn)GPS誤差模型被區(qū)域型的GPS網(wǎng)絡(luò)誤差模型所取代，即用多個實(shí)時或虛擬的參考站組成的GPS網(wǎng)絡(luò)來估計一個地區(qū)的GPS誤差模型，并為網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)的用戶提供校正數(shù)據(jù)，而用戶收到的也不是某個實(shí)際參考站的觀測數(shù)據(jù)，而是一個虛擬參考站的數(shù)據(jù)和距離自己位置較近的某個參考網(wǎng)格的校正數(shù)據(jù)，所以網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在不受基準(zhǔn)站距離限制下，可以實(shí)時提供精度均勻的厘米級定位服務(wù)，而且比傳統(tǒng)的常規(guī)RTK測量效率提高30%左右。網(wǎng)絡(luò)RTK根據(jù)其解算模式又可以分為單基站RTK技術(shù)、虛擬基站技術(shù)（VRS）、主副站技術(shù)（MAC）。隨著網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的快速發(fā)展，其在國內(nèi)外測量領(lǐng)域已有較廣泛的應(yīng)用。

二、網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在水利工程測量中將應(yīng)用廣泛

水利工程項(xiàng)目的測量內(nèi)容主要有控制測量、河道地形圖、輸水線路地形圖、河道橫斷面、渠道和堤防縱橫斷面測量等。這些測量的一大特點(diǎn)就是測區(qū)呈細(xì)條的狹長帶狀分布，導(dǎo)致測量過程中為了保證測量精度和流動站信號的穩(wěn)定性需要頻繁遷移基準(zhǔn)站而影響了測量效率。而網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的應(yīng)用則很好地解決了這些問題，不僅提高了測量作業(yè)的效率也保障了測量精度。

以黃河內(nèi)蒙古河段河道橫斷面測量項(xiàng)目為例。該項(xiàng)目作業(yè)范圍為沿黃河測量黃河河道橫斷面，由于河道為狹長形狀，且每條黃河河道橫斷面布設(shè)間距在5km左右。由于黃河河道的影響，測量過程中采用每條斷面左右岸分開測量的方法進(jìn)行測量。如果采用常規(guī)的RTK測量方法，為了保證測量的精度及流動站差分信號的穩(wěn)定，架設(shè)一次基準(zhǔn)站的無線數(shù)據(jù)鏈信號最多能使流動站測到4條斷面，完成這幾條河道橫斷面后就需要搬移重新架設(shè)基準(zhǔn)站，還需要重新校核，這中間至少浪費(fèi)了1個小時時間，每個作業(yè)人員每天最多僅能完成3條斷面的測量。而如果采用網(wǎng)絡(luò)RTK測量，作業(yè)過程中不會出現(xiàn)因離基準(zhǔn)站過遠(yuǎn)、流動站無法達(dá)到固定解需要重新建設(shè)基準(zhǔn)站的情況。為此本項(xiàng)目采用了基于中海達(dá)CORS基站的網(wǎng)絡(luò)RTK測量模式，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在本項(xiàng)目中的應(yīng)用使得平均每個作業(yè)人員每天能完成4～5條河道橫斷面的測量，工作效率提高了近40%（圖1）。

圖1 黃河內(nèi)蒙古段河道橫斷面布置及河道走勢局部圖

為了驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)RTK測量精度和信號穩(wěn)定性與基準(zhǔn)站距離之間的關(guān)系，在本項(xiàng)目測量過程中特意安排一天時間對沿線黃河兩岸布設(shè)的約100km范圍內(nèi)的25個D級GPS控制點(diǎn)采用網(wǎng)絡(luò)RTK方法進(jìn)行觀測，最終將觀測結(jié)果與控制點(diǎn)成果進(jìn)行比對，比測精度如表1。

表1 比測精度比對表

經(jīng)統(tǒng)計，平面定位中誤差為0.015 m，高程定位中誤差為0.011 m，平面及高程精度均滿足 (SL 197—2013)《水利水電工程測量規(guī)范》的技術(shù)要求。使用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)不僅大大提高了工作效率，節(jié)約了人力資源，而且在測量過程中只要有穩(wěn)定的手機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號，流動站達(dá)到固定解的時間均不會超過10 s。

三、結(jié) 論

利用網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行測量不受天氣、地形、通視、作業(yè)范圍等條件限制，操作簡單、機(jī)動性強(qiáng)，不需要專門架設(shè)基準(zhǔn)站節(jié)約了一臺GPS接收機(jī)的物力成本，不需要安排固定人員留守看護(hù)基準(zhǔn)站節(jié)約了人力成本，不需要測量過程中因基準(zhǔn)站無線數(shù)據(jù)鏈信號距離受限而搬遷基準(zhǔn)站，節(jié)省了時間成本。網(wǎng)絡(luò)RTK測量的精度不僅不受到距離影響，而且誤差分布均勻，不存在誤差積累問題。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)與常規(guī)RTK技術(shù)相比，無論是在作業(yè)領(lǐng)域、作業(yè)范圍、測量精度、可靠性和工作效率性等方面均具有非常大的優(yōu)勢，必將帶來測繪行業(yè)的一次巨大飛躍和變革。隨著通信技術(shù)、Internet技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)RTK測量技術(shù)必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更多的應(yīng)用，水利工程建設(shè)測量也受惠其中。 ■

[1]葉成濤,等.淺析網(wǎng)絡(luò)RTK測量技術(shù)的應(yīng)用及前景[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2014（12）.

[2]生仁軍,等.網(wǎng)絡(luò)RTK與PPP定位模型研究及試驗(yàn)分析 [J].測繪通報, 2010(5).

[3]全球定位系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范（CH／T 2009—2010）[S].2010.

[4]史先領(lǐng),等.網(wǎng)絡(luò)RTK中幾種實(shí)用技術(shù)的分析比較[J].海洋測繪,2006(5).

責(zé)任編輯 李建章

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：1000-1123（2016）06-0058-02

2016-02-27

高紅光，高級工程師。