張宏立
（武漢市自來水公司）

　　摘　要：通過動態(tài)GPS在城市供水管網(wǎng)中的應(yīng)用，對動態(tài)GPS的特性和使用方法做了闡述，指出了動態(tài)GPS在供水管網(wǎng)管理中的重要作用。
　　關(guān)鍵詞：供水管網(wǎng) 動態(tài)GPS 坐標定位

GPS-RTK and Its Application in the Water Supplying NetWork
Zhang HongLi
(Wuhan water supply CO.,Wuhan 430034)

　　Abstract: Through the application of the GPS-RTK in the Water supplying network, It is expounded the characerstics and application method of the GPS-RTK and pointed out the important role of the GPS-RTK in the water supplying network management.
　　Key Words: Water supplying Network, GPS-RTK, GPS Coordinate Positoning

1 概述

　　一般大中城市市區(qū)地下都有著龐大的供水管網(wǎng)，由于管網(wǎng)的復雜性和隱蔽性，因此就不能進行一目了然的管理和維護，給管網(wǎng)管理增加了很大的難度；再加上重水1、輕管網(wǎng)的傳統(tǒng)觀念，使地下管網(wǎng)的埋設(shè)資料不全，給管網(wǎng)的數(shù)字化和信息化設(shè)置了障礙，不利于管網(wǎng)的延續(xù)性和現(xiàn)代化管理。在城市形成一套供水管網(wǎng)管理體制的同時，管網(wǎng)的測量定位以及管網(wǎng)信息的數(shù)字化對管網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性起著關(guān)鍵的作用。GPS－RTK應(yīng)用于管網(wǎng)管理當中，在很大程度上提高了工作質(zhì)量和效率。利用Rh技術(shù)即時動態(tài)、厘米級定位精度的特點，將動態(tài)GPS應(yīng)用于城市供水行業(yè)中的管網(wǎng)圖形測量、管道定位和管道施工放樣等方面，獲取大量的地形、管網(wǎng)附屬設(shè)備等定位坐標數(shù)據(jù)，在完善管網(wǎng)基礎(chǔ)信息資料方面可以收到顯著的成效。

2 GPS－RTK的特點和優(yōu)點

　　GPS（Global Position System）即為全球定位系統(tǒng)的簡稱，它是一套利用美國GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)進行全天候、全方位的測量定位設(shè)備。根據(jù)GPS提供的坐標或坐標演變量精度和方式的不同可以分為毫米級，厘米級，靜態(tài)，動態(tài)后處理，RTK(Real Time Kinematic 實時動態(tài))，RTD(Real Time Differnce 實時差分)等幾種設(shè)備分類和測量方式，其中 RTK是一種定位精度比DGPS高100倍的載波相位差分GPS技術(shù)。在這里我們主要對單頻雙星RTK的設(shè)備及測量方式進行討論。
　　盡管作為GPS應(yīng)用的最尖端技術(shù)的RTK，己經(jīng)有好幾年的歷史了，但是，GPS－RTK在技術(shù)上有其局限性，即當被鎖定的衛(wèi)星數(shù)目少于5顆時，RTK將不能正常工作，而且此時的定位速度很慢，其定位精度甚至不如DGPS（差分GPS）。而雙星接收機是將美國 GPS衛(wèi)星系統(tǒng)和俄羅斯GLONASS衛(wèi)星系統(tǒng)聯(lián)合起來使用的RTK接收機，接收機衛(wèi)星通道可達48顆。這樣，開機后即可鎖定盡量多的衛(wèi)星，很快就能使用RTK技術(shù)，并能夠賣時地每秒提供厘米級精度的平面坐標和海拔高程。
　　RTK技術(shù)就是使用更高速的和更小型的計算機，并將其裝入GPS接收機內(nèi)，在外業(yè)作業(yè)時可以即時提供厘米級的定位解。在進行動態(tài)測量時，基準站將已知 WGS84坐標和觀測數(shù)據(jù)實時用電臺傳給流動站，在流動站實時進行差分處理，得到基準站和流動站坐標差△x，△y，△Z；坐標差加上基準站坐標得到流動站每個點WGS84坐標，通過坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動站每個點的平面坐標X，Y和海拔高H。
　　雙星系統(tǒng)接收機主要的標稱精度和技術(shù)規(guī)范為：

測量 12通道GPS L1碼和載波相位測量 12通道GLONASS L1碼和載波相位測量 精度 水平定位精度(1σ)1cm 垂直定位精度(1σ)2cm 解算 5Hz(0.2秒)RTK定位解輸出 定位取數(shù)等待時間小于0.1秒 初始化 RTK OTF初始化可靠性好于99.9％ 　RTCM信息：1，2，3，9，18，19，22，31，32，34 電源 2.6瓦(傳感器)，1.8瓦(OEM板)

　　GPS－FIK測量的示意圖見附圖。

3 GPS－RTK在管網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1 坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取
　　為了使GPS接收機中原始的大地經(jīng)緯度坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為當?shù)氐淖鴺讼到y(tǒng)，必須先計算出坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)進行坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取，必須己知至少3個高精度控制點的地方坐標值X、Y、H。例如根據(jù)已知控制點均勻分布在測區(qū)的原則，在測區(qū)內(nèi)選擇4個己知的靜態(tài)GPS控制點，坐標數(shù)據(jù)如下：

點 X坐標 Y坐標 H高程 區(qū) D08 3382680.4030 528741.3950 52.0560 武 D13 3372489.1740 523092.7550 29.3110 武 D4^- 3388903.1021 533005.9849 30.2890 武 DWC 3378774.9680 534220.2710 50.0297 武

　　將其中一個點D084作為己知站，單點定其WGS84坐標，用RTK方式／靜態(tài)（三角架采點）測得其余各控制點的WGS84坐標。利用隨機軟件求出坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)；比例SCALE：S—1000014，旋轉(zhuǎn)度ROTATION：R＝-0.101454，高程參數(shù)為:a=-0.000047323，b=0.000023643，c=1.373809185。
3.2 加密控制點的測量：
　　為了使管網(wǎng)待定位的設(shè)施位于測量控制點的工作范圍內(nèi)，需要將較稀疏的控制點進行加密，方便測量定位作業(yè)的實施。選擇其中一個較高精度的控制點作為基準站，用RTK／~P態(tài)測量的方法，對需加密的控制點進行坐標的定位，得到該控制點的WGS84坐標和地方坐標，再在加密的控制點所覆蓋的作業(yè)范圍內(nèi)進行管網(wǎng)設(shè)施的測量作業(yè)，這樣利于作業(yè)范圍內(nèi)測量精度和作業(yè)效率的提高。
3.3 用RTK動態(tài)測量和找尋管網(wǎng)設(shè)施
　　選擇其中一個控制點或加密控制點作為基準站，用RTK坐標測量數(shù)據(jù)的采集功能(Data Collection)按地方坐標系的標準對需要定位的管線點如閥門方頭、管道中心等進行測量，現(xiàn)場可以實時得到該點的三維坐標數(shù)據(jù)和精度評定水平，在精度允許的情況下開始采集，坐標數(shù)據(jù)自動存儲在電子手簿中。內(nèi)業(yè)可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中進行數(shù)據(jù)庫的整理。
　　如果找尋坐標己知的管線點或是對管道安裝溝槽設(shè)計中心的定位，可以利用隨機軟件中放樣的功能(StakingOut)進行作業(yè)。輸入待確定的管線點的已知坐標作為參考點和目標點，流動站實地所在位置的坐標作為修正點，電子手簿屏幕上的圖形顯示出實地待定點相對于目標點所偏移的距離(Left：andBack：)，按照指示移動流動站，直到滿足所要求的精度。管道溝槽中心點的確定類似-上面的操作。利用這一特點可以對供水管道設(shè)施點進行了找尋定位，還可以對管道的施工起到指導的作用。
3.4 RTK在管網(wǎng)圖形測量中的應(yīng)用
　　利用RTK快速定位和實時得到坐標結(jié)果的特點，在一定的測量環(huán)境中可以進行地形的碎部測量。地形點的測量可以在數(shù)據(jù)采集(Data Collection)的功能下進行，也可以根據(jù)現(xiàn)場地形的實際情況進行測量設(shè)定，在測量管道中心線或道路邊線時可以設(shè)定按距離進行采集，距離可以人為設(shè)定；在勻速運動測量的過程中，可以設(shè)定按時間采集，時間間隔也可人為設(shè)定。采集完的地形點坐標經(jīng)過成圖處理，生成數(shù)字化管網(wǎng)地形圖。地形點的采集可以單人作業(yè)，極大地節(jié)約了人力和時間，因為有每個地形點的坐標數(shù)據(jù)也使成圖質(zhì)量上了一個檔次。在白沙洲水廠廠區(qū)管網(wǎng)平面圖的測量應(yīng)用中，取得了很好的效果。
3.5 利用RTK進行管網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)的采集
　　根據(jù)不同GIS平臺要求各異，RTK在數(shù)據(jù)采集時可以將管網(wǎng)不同的設(shè)施點的屬性加進去，對應(yīng)于每個點的三維坐標，再進行一定的數(shù)據(jù)處理，可以生成適應(yīng)GIS平臺數(shù)據(jù)格式要求的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫，并易于修改和完善。

4 動態(tài)RTK測量的流程如下：

4.1 基準站：

4.2 流動站：

　　一般依照以上的程序進行操作，結(jié)合供水管網(wǎng)管理的要求，就可以得到所要的結(jié)果數(shù)據(jù)。

5 RTK的應(yīng)用對管網(wǎng)管理的影響

　　GPS-RTK測量技術(shù)在供水管網(wǎng)中的應(yīng)用，對于管網(wǎng)的現(xiàn)代化管理有著很大的推動作用。主要反映在以下幾點：
　　1)．相對于傳統(tǒng)管線定位和施工測量手段來說，是-場革命性的飛躍。在管道定位和施工放樣的工作中，我們大都使用經(jīng)緯儀加測距儀或是用全站儀進行定位測量，用經(jīng)緯儀進行直管道的放樣測量，用水準儀進行高程的放樣測量。在使用過程中，不僅使用儀器種類繁多、人員多，而且精度在施工作業(yè)現(xiàn)場由于各方面的阻擋和干擾，也受到影響。GPS-RTK的特點使測量和放樣工作變的簡單方便和耳目一新，它的應(yīng)用在很大程度上綜合代替了其他幾種不同的測量儀器，并在作業(yè)效率上有了很大的提高。
　　2)．促進管網(wǎng)圖形的數(shù)字化管理和使用，對原始作業(yè)手段在很大程度上有著沖擊和革新的作用。在傳統(tǒng)的管網(wǎng)測量和維護上，大多使用描圖筆繪白紙圖、用皮尺拉管線點相對位置，來制作管網(wǎng)設(shè)計和施工等用圖，它最大的弊端就是圖形不能統(tǒng)一到國家坐標系中，管線點的位置都是相對的，在GIS等管理系統(tǒng)中無法使用。而利用GPS-RTK的測量手段，可以得到每一個測點的三維坐標，可以以數(shù)據(jù)、圖形和位置等不同的表現(xiàn)形式反映到不同的應(yīng)用環(huán)境中，為各種人員的使用和管理提供方便。
　　3)．GPS-RTK在供水管網(wǎng)上的應(yīng)用，使得代表著當今尖端科學水平的"3S"(GPS、GIS、RS)技術(shù)得以在供水行業(yè)中的實際應(yīng)用實現(xiàn)突破。要使以工程技術(shù)為主的管理水平上臺階，就要借助現(xiàn)代人類文明創(chuàng)造的先進的科技成果。而"3S"技術(shù)在現(xiàn)階段涉及工程技術(shù)行業(yè)中越來越顯出其優(yōu)越性和先進性。因此，隨著GPS供水管網(wǎng)中的深入應(yīng)用和其不斷與GIS的緊密結(jié)合，必將對管網(wǎng)的現(xiàn)代化管理產(chǎn)生深刻的影響。

6 結(jié)論

　　將動態(tài)GPS應(yīng)用于自來水供水管網(wǎng)管理中，在完善管網(wǎng)圖紙和對供水管道施工和定位方面起到了很大的作用，提高了管網(wǎng)管理的效率和質(zhì)量，為管網(wǎng)的現(xiàn)代化管理起到了推動的作用。

附圖：

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作者簡介：
　　張宏立(1975-)，男，漢族，河北石家莊人，助理工程師，學士，工程測量專業(yè)