摘要： 本文根据作者多年从事水文测量工作对GPS-RTK测量技术的相关问题进行详细分析，通过实际运用得出一些有益结论，仅供同行参考。
关键词：水文测量；GPS-RTK；
1 前言
随着我国经济的快速发展GPS 技术技术不断提高，目前水文测量中GPS-RTK 测量技术广泛实用。GPS-RTK 全球定位实时动态测量技术在水文测量中的应用，极大地提高了水文测量的测点精度和工作效率，加快了水文科技进步的步伐。GPS 在测量中的应用通常有四种基本模式，即 GPS 静态模式、GPS 快速静态模式、GPS 动态模式和 GPS-RTK 模式。
2 GPS-RTK 测量系统的结构与原理
2.1 GPS-RTK 系统结构
实际上GPS 全球定位技术与 RTK 实时动态测量技术相结合的以载波相位观测为根据的实时差分定位技术，它能够实时地动态测量移动测站在指定坐标系中的三维定位。GPS-RTK 全球定位实时动态测量系统由 GPS 导航卫星、基准站、移动站、无线通讯电台以及动态差分测量软件组成。GPS-RTK 全球定位实时动态测量系统结构如图 1 所示。
2.2 RTK 系统结构
RTK 是 GPS-RTK 中的载波相位差分实时动态测量系统。RTK 系统由一个基准站、一个或多个移动站及无线电通讯电台三部分组成。基准站由GPS 天线、GPS 接收机、UHF 天线、UHF 超高频发射电台、基准站控制器、供电电源等组成。移动站由 GPS 天线、GPS 接收机、UHF 天线、UHF 超高频接收电台、移动站控制器、电脑、供电电源等组成。RTK 系统结构如图 2 所示。
2.3 GPS-RTK 测量系统的工作原理
在 GPS-RTK 测量系统中，GPS 天线的位置是卫星信息的实际采集点；GPS 接收机的作用是接收、处理、存储卫星信息；基准站 UHF 超高频发射电台用于向移动站发送信息，移动站 UHF 超高频接收电台用于接收来自基准站的信息； 动态差分测量软件存于移动站电脑中。
GPS RTK 测量的工作原理是： 基准站 GPS 接收机对所有可见 GPS 卫星进行连续观测， 并将其观测数据和基准站已知的基本信息 （基准站的坐标、天线高程），通过 UHF 超高频发射电台实时地发送给移动站。 与此同时，移动站上的 UHF 超高频接收电台接收来自基准站的信息，GPS 接收机接收来自 GPS 卫星的信息。 移动站利用动态差分测量软件对所接收的基准站信息和卫星信息进行实时计算 先得到移动站相对于基准站的坐标差ΔX、ΔY、ΔH 然后再得到移动站的实时位置坐标 X、Y、H。GPS-RTK 测量系统能够达到厘米级的三维定位精度，在测程 20 km 以内可达 1 cm。
3 GPS-RTK 的测量流程
3.1 测前准备GPS-RTK 测量前应根据测量特点做一些必要的内业准备作。内业准备包括：
1 输入已知坐标转换参数。若无此参数，应整理已知测区的控制点资料，以备求解坐标转换参数。已知点应尽可能在测区中心，控制点的位置应符合 GPS 作业的要求；
2 输入每个放样点的设计坐标 以便实测时准确放样。
3.2 求坐标转换参数
由于 GPS-RTK 测量的是实时测点坐标，因此在地方独立坐标系上进行测量时，就需要求出转换参数，进行地方独立坐标系和 WGS-84 坐标系的转换。求解方法是先以 GPS 静态方式布设 GPS控制点 获得各点的地方坐标和 WGS-84 坐标，再利用同一点的两种坐标求出转换参数。求解坐标转换参数时所选用的控制点数应不少于 2 个。
3.3 基准站的选定
基准站的选定应做到以下几点，以满足基准站和移动站间信息传输质量的要求。
1 基准站应设立在具有已知坐标的控制点上；
2 基准站应尽可能设置于测区内高程较高的无遮挡物的位置，最好设置在高大建筑物上；
3 基准站周围应尽可能没有 GPS 信号和无线信号反射物，避开其他干扰源，如电台、电视台、高压线塔、无线电发射台等；
4 UHF 超高频电台的天线应架设在 GPS 接收机天线的北侧。
3.4 测量步骤
首先检查基准站工作情况，设置基准站参数。将基准站安置在按以上要求选定的控制点上，打开GPS 接收机，输入点号、WGS-84 已知坐标、天线高程。检查电台工作是否正常，检查接收到的卫星数是否大于 5 颗。然后检查移动站工作情况，设置移动站参数。检查电台工作是否正常，打开 GPS 接收机，检查接收到的 GPS 卫星颗数，调节移动站电台的接收频率与基准站电台频率相一致。基准站和移动站检查设置完成后就可以开始测量任务了。
GPS-RTK 实时动态测量的内业工作相对简单，只要将外业实测数据下载到电脑，经测量软件对实测数据进行计算处理后，储存和输出测量成果即可。
4 GPS-RTK 水文测量的比较优势
水文测量的工作内容及工作量极大，仅《水文普通测量规范》一个规范规定的水文调查与水文测量的内容和项目就有数十项之多，比如：河流的平水期、丰水期、枯水期的划分；河流弯曲及平直情况、河宽、坡度（比降）、横断面、水位、水深、流速、流量、水温及泥沙含量等等。传统的测量方法即耗时又耗力，用于 GPS-RTK 实时动态测量技术进行水文测量，可以减轻水文测量工作的劳动强度，提高水文测量工作的效率。下面以水文测站地形测量、大断面测量及配合 ADCP 的流量测验为例，分别说明 GPS-RTK 实时动态测量技术在水文测量中的比较优势。
4.1 地形测量
在水文地形测量中最能体现出采用 GPS-RTK实时动态测量技术的优越性。 《水文巡测规范》规定每逢“0”或“5”的年份以及地形发生明显变化的时候，就必须对水文测站周围的地形做一次详细的测量。采用水准仪、经纬仪、全站仪等做这项工作时，每一个测点的测量都需要 2-3 名工作人员，并且要求测点间通视，需要在水文测站范围内建立一个测量控制点网，然后才能对其他测点施测。外业完成后，还要电子成图 内业量也不少。采用 GPS-RTK 实时动态测量，仅需 1 名带着移动站的工作人员，按照正确的测量流程，输入测点特征编码，在每个测点上停留几秒钟的时间，就可以测得该点的位置坐标。测量人员只需在测区内“走”一遍，就可以完成全部外业工作。外业完成后，专业的测量软件对实测数据进行集中的计算处理，短时间内就能输出该测区的地形图数据。相比之下 GPS-RTK 测量技术极大地提高了测量效率。
4.2 大断面测量
通常水文测站大断面测量所采用的仪器是钢尺、水准仪、经纬仪以及全站仪等，钢尺用了丈量测点间的距离，水准仪测量高程并布置高程控制点，经纬仪以及全站仪用于确定测点方位。测量时每种仪器都需要至少 2 名工作人员来操作。在测量地形复杂的环境，比如水面较宽、杂草灌木丛生、断面有江心洲等情况，用钢尺、水准仪、经纬仪以及全站仪等仪器进行测量的难度与强度就更大。采用 GPS-RTK 实时动态测量技术进行大断面测量，这些问题就迎刃而解了。还是只需 1 个人带上移动站。按测量流程在移动站内输入断面线，校核 2-3 个测点，根据 GPS 导航，直接在断面线上施测其他测点即可完成。
采用 GPS-RTK 实时动态测量技术进行大断面测量，每一个测点均在断面线上，测点密集数据量大，断面测量精度高。
4.3 配合 ADCP 流量测验
声学多普勒流速剖面仪 ADCP 流量测量中，由于河底走沙的存在，流量测验结果不够准确，需要采用其他仪器和方法加以修正。在这种情况下，可以利用 GPS-RTK 提供的实时动态数据，修正声学多普勒流速剖面仪 ADCP 流量测验的精度。表1 为某水文站采用 GPS-RTK 技术修正 ADCP 流量测验精度对比情况。从表 1 中可以看出，采用 GPS-RTK 实时动态测量技术后的流量误差，远远小于不采用 GPS-RTK 实时动态测量技术时的情况。
5 结束语
GPS-RTK 实时动态测量技术以其快捷、精准的特点，在进行水文测量中得到了广泛地应用，大大地提高了水文测量工作效率。但是由于 GPS 技术本身存在的精度问题，GPS-RTK 实时动态测量技术目前还不能完全取代传统的测量方法。相信随着 GPS 技术完善和发展，GPS-RTK 实时动态测量技术一定会给我们带来更多地惊喜。
参考文献：
[1] 娄建民.GPS RTK技术在库区水文大断面测量中的应用[J].陕西水利，2008 154（5） ：65-67.
[2] 章茂林.GPS在水面流速流向测量中的应用. 水利水文自动化，2006，78（1）33-35.
关键词：水文测量；GPS-RTK；
1 前言
随着我国经济的快速发展GPS 技术技术不断提高，目前水文测量中GPS-RTK 测量技术广泛实用。GPS-RTK 全球定位实时动态测量技术在水文测量中的应用，极大地提高了水文测量的测点精度和工作效率，加快了水文科技进步的步伐。GPS 在测量中的应用通常有四种基本模式，即 GPS 静态模式、GPS 快速静态模式、GPS 动态模式和 GPS-RTK 模式。
2 GPS-RTK 测量系统的结构与原理
2.1 GPS-RTK 系统结构
实际上GPS 全球定位技术与 RTK 实时动态测量技术相结合的以载波相位观测为根据的实时差分定位技术，它能够实时地动态测量移动测站在指定坐标系中的三维定位。GPS-RTK 全球定位实时动态测量系统由 GPS 导航卫星、基准站、移动站、无线通讯电台以及动态差分测量软件组成。GPS-RTK 全球定位实时动态测量系统结构如图 1 所示。
2.2 RTK 系统结构
RTK 是 GPS-RTK 中的载波相位差分实时动态测量系统。RTK 系统由一个基准站、一个或多个移动站及无线电通讯电台三部分组成。基准站由GPS 天线、GPS 接收机、UHF 天线、UHF 超高频发射电台、基准站控制器、供电电源等组成。移动站由 GPS 天线、GPS 接收机、UHF 天线、UHF 超高频接收电台、移动站控制器、电脑、供电电源等组成。RTK 系统结构如图 2 所示。
2.3 GPS-RTK 测量系统的工作原理
在 GPS-RTK 测量系统中，GPS 天线的位置是卫星信息的实际采集点；GPS 接收机的作用是接收、处理、存储卫星信息；基准站 UHF 超高频发射电台用于向移动站发送信息，移动站 UHF 超高频接收电台用于接收来自基准站的信息； 动态差分测量软件存于移动站电脑中。
GPS RTK 测量的工作原理是： 基准站 GPS 接收机对所有可见 GPS 卫星进行连续观测， 并将其观测数据和基准站已知的基本信息 （基准站的坐标、天线高程），通过 UHF 超高频发射电台实时地发送给移动站。 与此同时，移动站上的 UHF 超高频接收电台接收来自基准站的信息，GPS 接收机接收来自 GPS 卫星的信息。 移动站利用动态差分测量软件对所接收的基准站信息和卫星信息进行实时计算 先得到移动站相对于基准站的坐标差ΔX、ΔY、ΔH 然后再得到移动站的实时位置坐标 X、Y、H。GPS-RTK 测量系统能够达到厘米级的三维定位精度，在测程 20 km 以内可达 1 cm。
3 GPS-RTK 的测量流程
3.1 测前准备GPS-RTK 测量前应根据测量特点做一些必要的内业准备作。内业准备包括：
1 输入已知坐标转换参数。若无此参数，应整理已知测区的控制点资料，以备求解坐标转换参数。已知点应尽可能在测区中心，控制点的位置应符合 GPS 作业的要求；
2 输入每个放样点的设计坐标 以便实测时准确放样。
3.2 求坐标转换参数
由于 GPS-RTK 测量的是实时测点坐标，因此在地方独立坐标系上进行测量时，就需要求出转换参数，进行地方独立坐标系和 WGS-84 坐标系的转换。求解方法是先以 GPS 静态方式布设 GPS控制点 获得各点的地方坐标和 WGS-84 坐标，再利用同一点的两种坐标求出转换参数。求解坐标转换参数时所选用的控制点数应不少于 2 个。
3.3 基准站的选定
基准站的选定应做到以下几点，以满足基准站和移动站间信息传输质量的要求。
1 基准站应设立在具有已知坐标的控制点上；
2 基准站应尽可能设置于测区内高程较高的无遮挡物的位置，最好设置在高大建筑物上；
3 基准站周围应尽可能没有 GPS 信号和无线信号反射物，避开其他干扰源，如电台、电视台、高压线塔、无线电发射台等；
4 UHF 超高频电台的天线应架设在 GPS 接收机天线的北侧。
3.4 测量步骤
首先检查基准站工作情况，设置基准站参数。将基准站安置在按以上要求选定的控制点上，打开GPS 接收机，输入点号、WGS-84 已知坐标、天线高程。检查电台工作是否正常，检查接收到的卫星数是否大于 5 颗。然后检查移动站工作情况，设置移动站参数。检查电台工作是否正常，打开 GPS 接收机，检查接收到的 GPS 卫星颗数，调节移动站电台的接收频率与基准站电台频率相一致。基准站和移动站检查设置完成后就可以开始测量任务了。
GPS-RTK 实时动态测量的内业工作相对简单，只要将外业实测数据下载到电脑，经测量软件对实测数据进行计算处理后，储存和输出测量成果即可。
4 GPS-RTK 水文测量的比较优势
水文测量的工作内容及工作量极大，仅《水文普通测量规范》一个规范规定的水文调查与水文测量的内容和项目就有数十项之多，比如：河流的平水期、丰水期、枯水期的划分；河流弯曲及平直情况、河宽、坡度（比降）、横断面、水位、水深、流速、流量、水温及泥沙含量等等。传统的测量方法即耗时又耗力，用于 GPS-RTK 实时动态测量技术进行水文测量，可以减轻水文测量工作的劳动强度，提高水文测量工作的效率。下面以水文测站地形测量、大断面测量及配合 ADCP 的流量测验为例，分别说明 GPS-RTK 实时动态测量技术在水文测量中的比较优势。
4.1 地形测量
在水文地形测量中最能体现出采用 GPS-RTK实时动态测量技术的优越性。 《水文巡测规范》规定每逢“0”或“5”的年份以及地形发生明显变化的时候，就必须对水文测站周围的地形做一次详细的测量。采用水准仪、经纬仪、全站仪等做这项工作时，每一个测点的测量都需要 2-3 名工作人员，并且要求测点间通视，需要在水文测站范围内建立一个测量控制点网，然后才能对其他测点施测。外业完成后，还要电子成图 内业量也不少。采用 GPS-RTK 实时动态测量，仅需 1 名带着移动站的工作人员，按照正确的测量流程，输入测点特征编码，在每个测点上停留几秒钟的时间，就可以测得该点的位置坐标。测量人员只需在测区内“走”一遍，就可以完成全部外业工作。外业完成后，专业的测量软件对实测数据进行集中的计算处理，短时间内就能输出该测区的地形图数据。相比之下 GPS-RTK 测量技术极大地提高了测量效率。
4.2 大断面测量
通常水文测站大断面测量所采用的仪器是钢尺、水准仪、经纬仪以及全站仪等，钢尺用了丈量测点间的距离，水准仪测量高程并布置高程控制点，经纬仪以及全站仪用于确定测点方位。测量时每种仪器都需要至少 2 名工作人员来操作。在测量地形复杂的环境，比如水面较宽、杂草灌木丛生、断面有江心洲等情况，用钢尺、水准仪、经纬仪以及全站仪等仪器进行测量的难度与强度就更大。采用 GPS-RTK 实时动态测量技术进行大断面测量，这些问题就迎刃而解了。还是只需 1 个人带上移动站。按测量流程在移动站内输入断面线，校核 2-3 个测点，根据 GPS 导航，直接在断面线上施测其他测点即可完成。
采用 GPS-RTK 实时动态测量技术进行大断面测量，每一个测点均在断面线上，测点密集数据量大，断面测量精度高。
4.3 配合 ADCP 流量测验
声学多普勒流速剖面仪 ADCP 流量测量中，由于河底走沙的存在，流量测验结果不够准确，需要采用其他仪器和方法加以修正。在这种情况下，可以利用 GPS-RTK 提供的实时动态数据，修正声学多普勒流速剖面仪 ADCP 流量测验的精度。表1 为某水文站采用 GPS-RTK 技术修正 ADCP 流量测验精度对比情况。从表 1 中可以看出，采用 GPS-RTK 实时动态测量技术后的流量误差，远远小于不采用 GPS-RTK 实时动态测量技术时的情况。
5 结束语
GPS-RTK 实时动态测量技术以其快捷、精准的特点，在进行水文测量中得到了广泛地应用，大大地提高了水文测量工作效率。但是由于 GPS 技术本身存在的精度问题，GPS-RTK 实时动态测量技术目前还不能完全取代传统的测量方法。相信随着 GPS 技术完善和发展，GPS-RTK 实时动态测量技术一定会给我们带来更多地惊喜。
参考文献：
[1] 娄建民.GPS RTK技术在库区水文大断面测量中的应用[J].陕西水利，2008 154（5） ：65-67.
[2] 章茂林.GPS在水面流速流向测量中的应用. 水利水文自动化，2006，78（1）33-35.
