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摘要：本文介绍了实时GPS系统的组成和实时GPS测量的特点，通过清河到白石水线测量实例就GPS实时动态(RTK)测量技术在水线定线中的应用问题进行了探讨。
关键词：水线定线；GPS RTK；测量精度
Abstract: this paper introduces the real-time GPS system composition and real-time GPS measurement features, through to the example of measurement waterline baishi qinghe is GPS real-time dynamic (RTK) measurement technology in the lanes of the application for line are discussed.
Keywords: both set lines; GPS RTK; Measurement accuracy
中图分类号： P228.4文献标识码：A 文章编号：
1 GPS RTK测量原理简介
实时GPS测量以载波相位观测值为基础，不同于早先的实时差分GPS(RTD)，RTD是建立在C／A码伪距观测值基础之上的一种实时定位技术，其精度只能达到米级。
静态测量是用两台或两台以上GPS接收机同步观测，对观测值进行处理，可得到两测站间精密的WGS一84基线向量，再经过平差、坐标传递、坐标转换等工作，最终得到测点的坐标，不具备实时性。RTK定位技术则是实时动态测量，需要在两台GPS接收机之间增加一套无线数字通信系统(亦称数据链)，将两台相对独立的GPS信号接收系统联结成有机的整体。基准站通过电台将观测信息和观测数据传输给流动站，流动站将基准站传来的载波观测信号与流动站本身的载波信号进行差分处理，解出两站间的基线值，同时输人相应的坐标转换和投影参数，实时得到测点坐标。因此，实时GPS测量的关键除数据传输技术外，还需具有很强的数据处理能力。
2 实时GPS系统的组成
2．1 GPS信号接收系统
从理论上讲，双频接收机与单频接收机均可用于实时GPS测量。但是单频机进行整周未知数的初始化需要很长的时间，此乃实时动态测量所不允许的；加之单频机在实际作业时容易失锁，失锁后的重新初始化要占去许多时间。因此，实际作业中一般应采用双频机。
2．2 数据实时传输系统
为把基准站的信息及观测数据一并传输到流动站，并与流动站的观测数据进行实时处理，必须配置高质量的无线通信设备(无线信号调制解凋器)。由于数据信息量大，必须采用较高的传输速度，波特率通常要在9600以上，此项要求目前不难达到。利用数据实时传输系统，流动站可以随时凋阅基准站的工作状态和高设站信息。这对于保证成果质量和排除观测中出现的问题十分有利。
2．3 数据实时处理系统
基准站将自身信息与观测数据，通过数据链传输到流动站，流动站将从基准站接收到的信息与自身采集到的观测数据组成差分观测值。在整周未知数解算出以后，即可进行每历元的实时处理。只要保证锁定四颗以上的卫星，并其有足够的几何图形强度，就能随时给出厘米级的点位精度。因此，它必须具备功能很强的数据处理系统。目前该系统已发展成为多功能的完整系统，能够成功地用于实际作业中。
3 实时GPs测量的特点
(1) 实时GPS测量保留了所有经典GPS功能，如静态测量、快速静态测量等，观测数据亦可采用后处理的方式。静态测量数据后处理方式是高精度控制测量中的理想方法，由于后处理的实时定位可以同时进行，所以能做到彼此互补，发挥各自特长。
(2) 经典的GPS测量因不具备实时性，因此不能用来放样，放佯工作还得配备传统的测量仪器。实时GPS测量弥补了这一缺陷，放样精度可达到厘米级。
(3) 实现实时GPS测量的关键技术之一是快速解算载波的整周未知数。用经典的静态相对定位法解得整周未知数并达到足够精度，往往需要1 h甚至更长的时间。在实时GPS测量中，尽管初始化时间的长短受到跟踪观测的卫星数、几何图形强度、多路径效应、电离层干扰等诸多因素影响，但已可在数分钟之内完成。如借助快速动态定位，约需3 min；如采用动态环境下的初始化，约需1min；如在已知点上进行初始化，仅有几秒钟足够。这样，测量中即使遇到障碍物(如穿过桥下或通过隐蔽地带)造成失锁，也可在重新捕获到卫星后数分钟内完成整周未知数初始化，继续进行测量。
(4) 由于实时GPS测量成果是在野外观测时实时提供，因此能在现场及时进行检核，避免外业作业返工。例如，整周未知数初始化情况和测点点位精度等信息均可在作业现场进行核对。
(5) 能够接收到GPS信号的任何地点，全天24 h均可进行实时GPS测量的放样。
(6) 完成基准站的设置后，整个系统只需一人持流动站接收机操作。也可设置几个流动站，利用同一基准站观测信息各自独立开展工作。
4 GPS RTK在清河到白石水线测量应用实例
水线起于开原市清河水库，止于北票市白石水库；贯穿北票市、阜新市、沈阳市、铁岭市，测区地形复杂，有许多山地、大沟、村庄。道路网密集，里程长，工期紧。以常规测量手段完成任务，工期长且困难较大。
采用GPS RTK技术进行水线定线，在充分调研论证并通过试验检测的基础上全面实施，取得了比较好的成果。全线共分三段，每段选定测区D级GPS控制点，分别求取七参数(3个平移参数，3个旋转参数，1个尺度因子) 。查看點的残差，各个点均小于5 cm，说明
转换各个点之间的内部符合较好，转换参数质量可信。
采用GPS RTK进行线路中线放样：在检测试验取得成功的基础上，使用1+3工作模式，用3台GPS-RTK接收机作为流动站进行测量，工作开始时，流动站在一个已知点上做RTK测量，其测量成果与已知点坐标进行比较，从而检查RTK系统参数配置和参考站输入是否正确。根据水院提供的水线设计中线坐标，将各坐标值输入GPS接收机，利用RTK的坐标
放样模式将各中桩放样到实地上，并进行三维坐标采集，为水线设计部门提供纵断成果。
5 结论
(1) GPS应用于水线定线测量，无论从定位精度还是作业效率看，都是革命性的，大大拓宽了GPS的应用领域。
(2) GPS RTK应用于水线定线具有其独特的特点：一是效率高，这是传统测量方式所无法比拟的。二是定位精度高，因为各个点没有误差累计。点位无需通视。所以可以在树木等障碍物较多，通视不便地区进行水线定线测量。三是简便易学。随着GPS技术的不断进步，GPS集成度、自动化程度越来越高，GPS操作越来越“傻瓜化”。
(3) 遇到的问题的处理方法。如周围建筑物或树木等较多时，接收机接收不到足够多(最少4颗)的卫星信号，或者由于多路径效应而使RTK的初始化很难完成。这时我们可以在比较开阔的地方做控制点，然后使用全站仪配合完成道路定线测量。
随着GPS RTK技术的广泛应用，必将大大提高水线定线测量的工作效率，从而推动水利建设的步伐，加快水利设施建设的进程。
参考文献：
[1] 李正航,黄劲松.GPS测量与数据处理[M].湖北:武汉大学出版社,2005.
[2] 张勤,李家权.GPS测量原理及应用[M].北京:科学出版社,2005.
[3] 李青岳，陈永奇.工程测量学[M].测绘出版社，1995年5月第二版
关键词：水线定线；GPS RTK；测量精度
Abstract: this paper introduces the real-time GPS system composition and real-time GPS measurement features, through to the example of measurement waterline baishi qinghe is GPS real-time dynamic (RTK) measurement technology in the lanes of the application for line are discussed.
Keywords: both set lines; GPS RTK; Measurement accuracy
中图分类号： P228.4文献标识码：A 文章编号：
1 GPS RTK测量原理简介
实时GPS测量以载波相位观测值为基础，不同于早先的实时差分GPS(RTD)，RTD是建立在C／A码伪距观测值基础之上的一种实时定位技术，其精度只能达到米级。
静态测量是用两台或两台以上GPS接收机同步观测，对观测值进行处理，可得到两测站间精密的WGS一84基线向量，再经过平差、坐标传递、坐标转换等工作，最终得到测点的坐标，不具备实时性。RTK定位技术则是实时动态测量，需要在两台GPS接收机之间增加一套无线数字通信系统(亦称数据链)，将两台相对独立的GPS信号接收系统联结成有机的整体。基准站通过电台将观测信息和观测数据传输给流动站，流动站将基准站传来的载波观测信号与流动站本身的载波信号进行差分处理，解出两站间的基线值，同时输人相应的坐标转换和投影参数，实时得到测点坐标。因此，实时GPS测量的关键除数据传输技术外，还需具有很强的数据处理能力。
2 实时GPS系统的组成
2．1 GPS信号接收系统
从理论上讲，双频接收机与单频接收机均可用于实时GPS测量。但是单频机进行整周未知数的初始化需要很长的时间，此乃实时动态测量所不允许的；加之单频机在实际作业时容易失锁，失锁后的重新初始化要占去许多时间。因此，实际作业中一般应采用双频机。
2．2 数据实时传输系统
为把基准站的信息及观测数据一并传输到流动站，并与流动站的观测数据进行实时处理，必须配置高质量的无线通信设备(无线信号调制解凋器)。由于数据信息量大，必须采用较高的传输速度，波特率通常要在9600以上，此项要求目前不难达到。利用数据实时传输系统，流动站可以随时凋阅基准站的工作状态和高设站信息。这对于保证成果质量和排除观测中出现的问题十分有利。
2．3 数据实时处理系统
基准站将自身信息与观测数据，通过数据链传输到流动站，流动站将从基准站接收到的信息与自身采集到的观测数据组成差分观测值。在整周未知数解算出以后，即可进行每历元的实时处理。只要保证锁定四颗以上的卫星，并其有足够的几何图形强度，就能随时给出厘米级的点位精度。因此，它必须具备功能很强的数据处理系统。目前该系统已发展成为多功能的完整系统，能够成功地用于实际作业中。
3 实时GPs测量的特点
(1) 实时GPS测量保留了所有经典GPS功能，如静态测量、快速静态测量等，观测数据亦可采用后处理的方式。静态测量数据后处理方式是高精度控制测量中的理想方法，由于后处理的实时定位可以同时进行，所以能做到彼此互补，发挥各自特长。
(2) 经典的GPS测量因不具备实时性，因此不能用来放样，放佯工作还得配备传统的测量仪器。实时GPS测量弥补了这一缺陷，放样精度可达到厘米级。
(3) 实现实时GPS测量的关键技术之一是快速解算载波的整周未知数。用经典的静态相对定位法解得整周未知数并达到足够精度，往往需要1 h甚至更长的时间。在实时GPS测量中，尽管初始化时间的长短受到跟踪观测的卫星数、几何图形强度、多路径效应、电离层干扰等诸多因素影响，但已可在数分钟之内完成。如借助快速动态定位，约需3 min；如采用动态环境下的初始化，约需1min；如在已知点上进行初始化，仅有几秒钟足够。这样，测量中即使遇到障碍物(如穿过桥下或通过隐蔽地带)造成失锁，也可在重新捕获到卫星后数分钟内完成整周未知数初始化，继续进行测量。
(4) 由于实时GPS测量成果是在野外观测时实时提供，因此能在现场及时进行检核，避免外业作业返工。例如，整周未知数初始化情况和测点点位精度等信息均可在作业现场进行核对。
(5) 能够接收到GPS信号的任何地点，全天24 h均可进行实时GPS测量的放样。
(6) 完成基准站的设置后，整个系统只需一人持流动站接收机操作。也可设置几个流动站，利用同一基准站观测信息各自独立开展工作。
4 GPS RTK在清河到白石水线测量应用实例
水线起于开原市清河水库，止于北票市白石水库；贯穿北票市、阜新市、沈阳市、铁岭市，测区地形复杂，有许多山地、大沟、村庄。道路网密集，里程长，工期紧。以常规测量手段完成任务，工期长且困难较大。
采用GPS RTK技术进行水线定线，在充分调研论证并通过试验检测的基础上全面实施，取得了比较好的成果。全线共分三段，每段选定测区D级GPS控制点，分别求取七参数(3个平移参数，3个旋转参数，1个尺度因子) 。查看點的残差，各个点均小于5 cm，说明
转换各个点之间的内部符合较好，转换参数质量可信。
采用GPS RTK进行线路中线放样：在检测试验取得成功的基础上，使用1+3工作模式，用3台GPS-RTK接收机作为流动站进行测量，工作开始时，流动站在一个已知点上做RTK测量，其测量成果与已知点坐标进行比较，从而检查RTK系统参数配置和参考站输入是否正确。根据水院提供的水线设计中线坐标，将各坐标值输入GPS接收机，利用RTK的坐标
放样模式将各中桩放样到实地上，并进行三维坐标采集，为水线设计部门提供纵断成果。
5 结论
(1) GPS应用于水线定线测量，无论从定位精度还是作业效率看，都是革命性的，大大拓宽了GPS的应用领域。
(2) GPS RTK应用于水线定线具有其独特的特点：一是效率高，这是传统测量方式所无法比拟的。二是定位精度高，因为各个点没有误差累计。点位无需通视。所以可以在树木等障碍物较多，通视不便地区进行水线定线测量。三是简便易学。随着GPS技术的不断进步，GPS集成度、自动化程度越来越高，GPS操作越来越“傻瓜化”。
(3) 遇到的问题的处理方法。如周围建筑物或树木等较多时，接收机接收不到足够多(最少4颗)的卫星信号，或者由于多路径效应而使RTK的初始化很难完成。这时我们可以在比较开阔的地方做控制点，然后使用全站仪配合完成道路定线测量。
随着GPS RTK技术的广泛应用，必将大大提高水线定线测量的工作效率，从而推动水利建设的步伐，加快水利设施建设的进程。
参考文献：
[1] 李正航,黄劲松.GPS测量与数据处理[M].湖北:武汉大学出版社,2005.
[2] 张勤,李家权.GPS测量原理及应用[M].北京:科学出版社,2005.
[3] 李青岳，陈永奇.工程测量学[M].测绘出版社，1995年5月第二版