GPS（RTK）技術在水利工程中的應用及精度分析

李燃

（信陽市水利勘測設計院 河南省信陽市 464000）

1 GPS系統概述

在進行GPS定位時，會受到一些外部因素的影響，這些外部因素也會導致測量誤差的出現，為了消除這些誤差源，就必須使用幾臺以上的GPS接收機，使用的測量方法是靜態測量法，靜態測量法就是利用GPS接收機獨立進行工作，然后人員觀測，用后期的處理軟件進行差分解算，對于RTK測量，也是使用的差分解算，但是這兩種有細微的差別，后者是實時差分計算，RTK系統通常是由三部分構成：第一部分是GPS接受系統，第二部分是傳輸系統，第三部分是軟件系統，傳輸系統主要是由基準站的發射電臺和接受電臺組成，是是實現實時測量的動態設備，RTK在進行測量時，基準站與流動站要同時觀測衛星數據，將所接受到的信號全部發射出去，流動站在接受衛星信號的同時也接受基準站的信號，在計算這兩個信號的基礎上能夠確定出基準站與流動站的位置關系。

2 RTK應用于工程放樣的分析

在水利工程測量中，工程放樣是不可缺少的，尤其是在一個規模較大的水利工程中，具有大量的施工放樣工作，工程施工放樣的質量也直接影響著工程的質量，所以，現階段急需要解決的問題是高質量高效率地完成工程放樣，在工程放樣中，需要注意點放樣，這種放樣方式就是通過一定方法和設備，將設計好的點在實際位置標出來，在過去，采用的傳統放樣方式多種多樣，比如經緯儀交會放樣，全站儀等，在放樣期間先設計出一個點位，然后再來回移動目標，這項操作往往需要2人配合，在放樣期間，也需要點與點之間的通視情況良好，如果在放樣過程中，遇到困難會借助于多種方法才能實現，所以在實際應用效率上并不高，如果使用的是RTK技術時，只需要將提前設計好的點位記錄進電子手簿中，人員只需要手持GPS接收機，它就會提醒你走到放樣點的位置，既方便又快捷，因為RTK是通過坐標放樣的，所以精準度較高，因為在放樣過程中只需要一個人操作，而且有一定精準性，所以工作效率也會大大提高。

3 利用RTK進行點放樣和曲線放樣

3.1 利用RTK進行點放樣

利用RTK進行點放樣，就是將建筑中的形狀和大小通過點的形式表示出來。比如在建筑物中，建筑物具有一個中心、四個角和一個轉折點，所以點放樣是建筑物測量的基礎。使用RTK進行點放樣與傳統的點放樣方法相同，都需要控制兩個點，但不同的是傳統方法通過距離來進行放樣定點，而RTK主要是通過控制2～3個點來進行測量，就可以通過電磁波通視的方法進行點位放樣，這也是傳統方法難以做到的，點放樣工程實例：

（1）測前準備：在測量之前需要先確定2～3個控制點，然后再計算出放樣點的坐標，檢查后續工作中要使用的儀器設備是否完好無損。

圖1 曲線要素圖

（2）架設基準架：人員需要將基準架放置在無人空曠的地方，然后再安裝電臺，將儀器設備連接好，打開主機開始工作，隨后將電臺打開，設置一個正確的頻率。

（3）建立工程：打開移動站的主機，然后等待衛星穩定，衛星穩定的標志是存在5顆以上衛星，這時候連接上藍牙，然后設置正確的參數，投影參數和工程名稱，當參數都設置好后，工程建設完畢。

（4）輸入放樣點：接下來就是輸入放樣點，需要先打開放樣庫，然后手動編輯放樣點，也可以把提前編好的放樣點輸進去，打開放樣點文件，然后選擇覆蓋或是追加坐標庫。

（5）改正參數：參數的修正包括兩種方法，第一種是控制點的坐標方法，第二種是利用點的坐標進行校正的方法。

（6）輸入放樣點坐標：選擇一個測量的坐標，然后將點放樣，進入放樣屏幕，點擊打開按鈕，然后將之前編好的放樣文件放入坐標管理庫，再點擊放樣點，增加放樣點坐標。

我們假設全站儀的坐標值是真實有效的，那么它測定的數值就是真值，那么運用GPS和RTK測得的數值產生的差值就是誤差值，根據工程規范指出：點位之間的誤差不得超過5cm。

（1）使用RTK測量出的結果，與全站儀測量之間產生的誤差，結果都是厘米級，互差值最大的是2.7cm，最小的是0.6cm。

（2）如果我們以全站儀測定的坐標為依據，那么RTK的點位誤差都在5cm以內，那么這兩種方法的誤差點計算公式就應該是計算出的結果是1.8cm。

（3）如果我們以統計數據結果為準那么就需要假設全站儀的測量結果是準確的，RTK的測量結果可以精確到厘米，但是需要注意的是在各點位之間，是不存在誤差累計的，也克服了傳統的測量技術的缺點，完全能夠滿足點位之間的精確度要求。

（4）經過本次測量，測量的結果考慮的是全站儀誤差忽略不計的情況，因為如果我們考慮全站儀的誤差，就有可能會出現誤差大于5cm的情況，這樣的誤差產生的原因很有可能是系統本身自帶的誤差，也有可能外部環境所造成的誤差，或者是人為操作不當引起的誤差，但造成誤差的主要原因是測量環境中的路徑誤差或是干擾誤差。

（5）對于上述造成的誤差，我們可以根據分析誤差的原因，來減小或者消除誤差，比如可以改變基準站的位置，選擇地形開闊的地點，也需要遠離無線電發射的源頭、雷達和高壓電線等裝置。

3.2 利用RTK放樣

在公路、鐵路以及河道、輸電線上，所有的管道工程都是屬于線型工程，他們的中線都統稱為線路，這些線路都是由直線與虛線組成的，尤其是在線路發生方向的地方，連接轉向處的曲線叫做平曲線，平曲線又分為兩種，第一種是圓曲線，第二種是緩和曲線，圓曲線是有一定曲率半徑的圓弧。

3.2.1 一般曲線放樣方法

當圓曲線進行放樣時，首先要找準放樣曲線的點，比如說找準直原點，曲中點和與圓直點，先測出α，然后設計出圓曲線的半徑，由圖可知：根據圖1的公式計算出切線、曲線以及切曲線等。

根據傳統的方法，需要根據曲線要素的放樣算出曲線主點，再根據曲線主點算出放樣的其他點，由于放樣是根據已經放樣的主點計算出來的，所以容易造成誤差累積。

在放樣測量時，需要先放置好儀器設備，將儀器放置在交點上，先定一個線路方向，然后沿著兩條切線分別測量出切線的長度，才能夠確定出曲線的起點和終點，然后在交點上算出視點，在得分角線方向，計算出外矢距，這樣就可以得到曲線中點QZ，再把儀器架設在ZY處，用極坐標法或者偏角法進行曲樣的放樣。

3.2.2 曲線放樣工程實例

在我市的浉河河道治理工程中，河道邊坡施工放線的測繪工作采用的是南方雙頻設備，該設備精確度較高，可靠性較好，將基本控制點設為放樣的基準點，最終選用的是GPS設備，計算出了該流動站的距離為2km，在該范圍內，能夠向基準站發出準確數據，然后選定了浉河兩岸的城市GPS控制點2個，作為本次工作的基準點框架，然后開始進行浉河治理工程的放線工作。

在這次放樣工作中，樁號為K19+860～21+020段的是圓曲線，所以在這里我們采用的方法就是曲線放樣，曲線各點的坐標為已知數據。

3.2.3 曲線放樣的精準度

根據前文所說的曲線放樣，為了進一步檢驗放樣點的精確度，我們用了全站儀對放樣曲線進行測量，并對比測量結果與放樣點的真值，觀察曲線點的設計坐標和全站儀測量的近似值兩者之間的誤差。得出的結論和點放樣類似。

（1）將RTK的測量與全站儀的測量結果進行對比，我們發現兩者的測量結果互差在厘米的范圍之內，其中最大的誤差為-1.8cm，而縱向誤差為-2.7cm，點位互差最大為3.1cm，最小為0.4cm。

（2）如果我們以全站儀的定點為坐標值，那么RTK測得的數值誤差就在5cm以內，那么按照公式，RTK的放樣點點位就應該是m=±計算出的結果是1.6cm。

（3）我們用RTK進行測量，當曲線出現橫向和縱向偏差時，完全可以忽略不計的，因為其滿足工程的要求，所以比常見的儀器設備測出的精準度更高。

（4）如果在測量過程中，存在誤差超過范圍的點，我們可以根據測量條件，判斷出誤差的位置和原因，對于放樣點在市區中的工程，誤差的產生多是由信號干擾造成的，對于一些接近大面積水域的區域，出現的誤差則為多路徑誤差。

（5）如果是遇到誤差極限的點，我們可以采用靜態GPS進行測量，然后制作模板，標出點正確的位置，然后用經緯儀和電子測距儀進行測量，再重復同樣的操作，標出正確位置。