GPSRTK在水库移民工程测量中的应用(正式稿)

1GPSRTK在水库移民工程测量中的应用姚楚光（长江水利委员会设计院空间公司）摘要：介绍GPSRTK在水库移民工程测量中的应用经验、GPSRTK布测控制的抗差措施和实测精度。关键词：GPSRTK可靠性粗差误差检验移民工程测量1.慨述GPSRTK是一种载波相位动态实时差分定位测量系统，由基准站、流动站和数据链组成，基准站连续跟踪全部可见GPS卫星，流动站在接收卫星信号的同时，通过数据链接收基准站发出的信号，利用RTK软件进行相位差分处理，实时计算出流动站的三维坐标和测量精度。由于RTK采用OTF算法，当基准站和流动站同步跟踪４颗以上卫星，其PDOP＜6,接收基准站的信号质量好的条件下，利用一个或数个历元的观测资料就可获得厘米级的定位成果。所以ＧPSRTK具有观测时间短，作业效率好，定位精度高且均匀等优点。在水库移民工程测量中，ＧPS技术得到了广泛应用，基本控制和不需要在现场知道坐标成果的测量，通常采用ＧPS静态或快速静态观测，一般布设成ＧPS网，这是因为静态ＧPS网成果精度高，可靠性好。需要在现场知道结果的测量或在控制成果使用过程中有可靠检查条件的项目，可采用高效、方便的GPSRTK方法，例如界桩测量、像控点测量、地形测量等。但是，由于RTK解算整数模糊度的可靠性为95﹪～99.9﹪，如果观测条件不好，定位点的坐标成果可能出现粗差，因此在应用RTK测设控制点时应采取必要的抗差措施，防止粗差的发生或探测并剔除粗差，对保证控制成果的可靠性，显得十分必要。2．移民工程测量主要技术要求库区移民工程测量主要包括界桩测量、水库淹没调查测量和库区地形测量。在移民工程测量开始前，首先采用Ｄ级或Ｅ级GPS网和五等水准在库区布设好基本控制。2.1界桩测量在基本控制基础上，采用GPSRTK测设水库淹没界桩，界桩的测设精度为：Ⅰ类界桩的高程中误差为±0.1m,Ⅱ类界桩的高程中误差为±0.2m,Ⅲ类界桩的高程中误差为±0.3m;Ⅰ类界桩～Ⅲ类界桩的平面点位中误差为±0.4m。2.2水库淹没调查测量在基本控制基础上，采用GPSRTK测量水库淹没调查对象的高程，高程测量精度为：重要调查对象的高程和对水库正常蓄水位的选定起决定作用的测点，其高程中误差为±0.1m;平地或坡地的调查对象的高程，其高程中误差为±0.３m；山地的调查对象的高程，其高程中误差为±0.５m。2.3库区地形测量库区须测量１/2000地形图以满足水库淹没调查和移民工程规划、设计的需要。通常采用航测法成图。像片控制点采用GPSRTK方法测设，既快又好，其测设精度要求为：平面点位中误差为±0.２m，高程中误差为±0.２m。如果采用野外地形测绘成图，可采用GPSRTK方法测设测站和进行碎部测绘。3．GPSRTK布测控制的抗差措施根据仪器厂家提供的资料，GPSRTK解算整数模糊度的可靠性为95﹪～99.9﹪,生产质量检测发现，在不良观测条件下GPSRTK观测成果可能会含有粗差。因此，采用GPSRTK2方法布测控制点，应采取有效的抗差措施，防止粗差的发生，在GPSRTK成果的使用中也须加强检测，发现和剔除含有粗差的成果。3.1预防为主，选择良好的观测条件，防止粗差的发生１）布设基本控制网的主要目的是为GPSRTK提供基准点，在地形图上进行基本控制网设计时，选择好基准站，其密度应满足流动站至基准站允许的距离要求。现场选点应考虑GPSRTK基准站点位环境要满足以下条件：①视野开阔，周围无高度角超过10°的障碍物，以保证基准站GPS接收机能跟踪较多的卫星。②周围无GPS信号反射物，如水面、广场等，以减少多路径误差对GPSRTK观测的影响。③远离大功率无线电发射源（如电台、微波站等），其距离不小于200m;远离高压输电线，其距离不得小于50m，以防止外来电磁波信号对GPS卫星信号的干扰。２）根据测区地形条件和成果精度要求，选择好仪器：①选择解算整数模糊度可靠性高（＞99.9﹪）的仪器；②如果观测成果精度要求高，宜选双频接收机；③若测区电磁波通视条件不佳，可选数据链由UHF/GSM/GPRS三种通讯模式集成的GPSRTK系统，当UHF模式失效时，可切换为GSM/GPRS模式进行数据通讯。④在深山峡谷地区，天空中可用GPS卫星少，建议选用可同时跟踪GPS和GLONASS卫星的双星接收机，以满足基准站与流动站同步跟踪４颗以上卫星，保证RTK正常作业。３）对作业人员进行有关GPSRTK可靠性技术的培训，提高作业员的素质，以保证外业成果质量。由于国家还没出台GPSRTK测量规范，所以应根据测量目的、精度要求、仪器设备和测区自然条件编写GPSRTK作业细则，在作业细则中应有GPSRTK抗差措施。3.2GPSRTK作业中采取的抗差措施：１）RTK作业前要进行卫星预报，选取PDOP6，卫星数6的时间窗口。２）作业时根据仪器说明书的要求正确进行参数设置。３）控制测量、放样测量宜采用静态初始化(快速静态或在已知点上)，地形点测量可采用OTF初始化。４）外业工作可以采用下列方法加强对RTK观测结果的进行检验：（1）在已知点进行RTK观测，与已知点成果的比对；（2）进行多测回观测，检查测回差是否超限；（３）不同基准站对同一点进行观测，检查重点观测较差是否超限。５）接收机启动后，观测员应认真查看测站信息，如发现异常情况或发现产生粗差的迹象：卫星失锁、重新捕捉卫星时间和初始化时间过长、坐标收敛速度慢、观测精度超过仪器２倍标称精度等等，应分析原因并及时作出相应处理。当RTK无法作业时，流动站可转为快速静态或后处理动态作业模式观测，通过后处理获得观测点坐标成果。3.3使用GPSRTK成果时进行检核，剔除有粗差的成果有时候在GPSRTK成果使用过程中，还有机会检测并剔除粗差，例如GPSRTK测量的像控点成果，可以通过内业空三测量发现像控点成果的错误，其中也包括GPSRTK测量中出现的粗差。４GPSRTK实测精度４.1观测数据4.1.1嘉陵江亭子口水利枢纽库区界桩检测数据亭子口水电站位于嘉陵江中游，四川省广元市苍溪县境内，坝址位于浙水镇和回水镇之间。电站以发电为主，兼顾航运和综合利用的大（2）型水电站，是嘉陵江干流梯级开发中的重要工程。为进行库区1/2000地形图测量，布测D级GPS平面控制点（平均间隔6公里一对），作为地形测量的首级平面控制网，布测五等电磁波高程导线作为地形测量的首级高程控制。库区界桩采用GPSRTK测设。界桩测设后又采用GPSRTK对界桩成果质量进行了检测，检3测成果与原测成果较差列于表（一）。较差分布见图（一）。表（一）GPSRTK较差统计点号△X△Y△H点号△X△Y△H点号△X△Y△H1-0.021-0.0840.03235-0.158-0.0050.016690.0020.027-0.0192-0.01-0.0020.01536-0.131-0.0640.016700.015-0.007-0.01330.037-0.1710.00837-0.130.0060.001710.042-0.013-0.00240.111-0.0740.00438-0.145-0.0340.01720.009-0.042-0.01850.098-0.063-0.00339-0.0270.092-0.00773-0.042-0.045-0.00860.093-0.008-0.01140-0.0170.009-0.003740.052-0.058-0.0227-0.012-0.002-0.00741-0.067-0.0470.03275-0.042-0.045-0.00880.025-0.106-0.00142-0.021-0.0490760-0.0440.0190.035-0.066-0.014430.0150.027-0.00177-0.062-0.001-0.00210-0.035-0.0290.0144-0.032-0.0290.004780.0510.032-0.002110-0.007-0.00145-0.1280.0220.00979-0.05-0.021-0.00112-0.2460.002-0.01846-0.130.0060.00180-0.0030.0240.04913-0.219-0.035-0.02147-0.058-0.0040.00581-0.084-0.0060.00214-0.221-0.0190.00348-0.03-0.0140.012820.0030.104-0.009150.0270.0610.00249-0.0690.0140.00983-0.0140.0020.011160.018-0.022-0.01650-0.130.0060.001840.380.080170.008-0.016-0.00651-0.011-0.107-0.011850.180.07-0.004180.0280.070.001520.0190.0090.007860.003-0.01-0.024190.012-0.017-0.011530.038-0.012-0.007870.051-0.010.002200.0110.002-0.00254-0.010.015-0.00988-0.093-0.0180.003210.019-0.1560.016550.0040.013-0.003890.104-0.012-0.01222-0.005-0.1630.01456-0.114-0.041-0.03890-0.064-0.055-0.00223-0.001-0.0090.0157-0.054-0.004-0.006910.0040.044-0.005240.0160.0040.02158-0.046-0.016-0.021920.0560.018-0.004250.099-0.056-0.03590.0020.087-0.023930.0630.034-0.00326-0.04-0.008-0.028600.0060.022-0.00594-0.099-0.0840.001270.0370.0150.00161-0.041-0.047-0.00495-0.0754-0.011-0.0228-0.0030.0030.01620.0030.016-0.02296-0.025-0.0660.004290.009-0.0660630.0090.004-0.004970.1610.26-0.01730-0.0170.0040.00364-0.0050.002-0.01980.070.035-0.012310.005-0.0020.004650.0010.0010.00699-0.021-0.0840.03232-0.0040.013-0.013660.0050.0020.012100-0.01-0.042-0.009330.101-0.086-0.01267-0.0020.005-0.005340.15-0.0452-0.00468-0.003-0.001-0.0034图(一)误差分布-0.2-0.100.10.20.3-0.4-0.200.20.40.6△X△Y4.1.2乌江白马航电枢纽工程库区地形测量测站检测数据乌江白马航电枢纽在武隆境县白马镇附近，以航运为主，兼顾发电，发电量30万千瓦。该枢纽对重庆市重点能源项目—上游的乌江彭水电站具有反调节作用。该枢纽区１/2000地形测量基本控制平面采用Ｄ级GPS布网，高程采用五等电磁波测距三角高程导线布设，在基本控制基础上，采用GPSRTK布测测站并进行碎部测绘。在作业过程中，采用GPSRTK对部分测站成果质量进行了检测，检测成果与原测成果较差列于表（二）。较差分布见图（二）。表（二）GPSRTK较差统计点号△X△Y△H点号△X△Y△H点号△X△Y△H1-0.0130.0010.01515-0.0390.033-0.00629-0.0220.0290.0272-0.0010.0090.01316-0.0180.020.004300.018-0.0050.03230.028-0.