GPS-RTK在供水管网管理中的应用
张宏立
（武汉市自来水公司）
摘 要：通过动态GPS在城市供水管网中的应用，对动态GPS的特性和使用方法做了阐述，指出了动态GPS在供水管网管理中的重要作用。
关键词：供水管网 动态GPS 坐标定位
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
一般大中城市市区地下都有着庞大的供水管网，由于管网的复杂性和隐蔽性，因此就不能进行一目了然的管理和维护，给管网管理增加了很大的难度；再加上重水1、轻管网的传统观念，使地下管网的埋设资料不全，给管网的数字化和信息化设置了障碍，不利于管网的延续性和现代化管理。在城市形成一套供水管网管理体制的同时，管网的测量定位以及管网信息的数字化对管网系统的可靠性起着关键的作用。GPS－RTK应用于管网管理当中，在很大程度上提高了工作质量和效率。利用Rh技术即时动态、厘米级定位精度的特点，将动态GPS应用于城市供水行业中的管网图形测量、管道定位和管道施工放样等方面，获取大量的地形、管网附属设备等定位坐标数据，在完善管网基础信息资料方面可以收到显著的成效。
2 GPS－RTK的特点和优点
GPS（Global Position System）即为全球定位系统的简称，它是一套利用美国GPS卫星导航系统进行全天候、全方位的测量定位设备。根据GPS提供的坐标或坐标演变量精度和方式的不同可以分为毫米级，厘米级，静态，动态后处理，RTK(Real Time Kinematic 实时动态)，RTD(Real Time Differnce 实时差分)等几种设备分类和测量方式，其中 RTK是一种定位精度比DGPS高100倍的载波相位差分GPS技术。在这里我们主要对单频双星RTK的设备及测量方式进行讨论。
尽管作为GPS应用的最尖端技术的RTK，己经有好几年的历史了，但是，GPS－RTK在技术上有其局限性，即当被锁定的卫星数目少于5颗时，RTK将不能正常工作，而且此时的定位速度很慢，其定位精度甚至不如DGPS（差分GPS）。而双星接收机是将美国 GPS卫星系统和俄罗斯GLONASS卫星系统联合起来使用的RTK接收机，接收机卫星通道可达48颗。这样，开机后即可锁定尽量多的卫星，很快就能使用RTK技术，并能够卖时地每秒提供厘米级精度的平面坐标和海拔高程。
RTK技术就是使用更高速的和更小型的计算机，并将其装入GPS接收机内，在外业作业时可以即时提供厘米级的定位解。在进行动态测量时，基准站将已知 WGS84坐标和观测数据实时用电台传给流动站，在流动站实时进行差分处理，得到基准站和流动站坐标差△x，△y，△Z；坐标差加上基准站坐标得到流动站每个点WGS84坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标X，Y和海拔高H。
双星系统接收机主要的标称精度和技术规范为：
GPS－FIK测量的示意图见附图。
3 GPS－RTK在管网中的应用
3.1 坐标转换参数的求取
为了使GPS接收机中原始的大地经纬度坐标系统转换为当地的坐标系统，必须先计算出坐标转换参数进行坐标系统的转换，坐标转换参数的求取，必须己知至少3个高精度控制点的地方坐标值X、Y、H。例如根据已知控制点均匀分布在测区的原则，在测区内选择4个己知的静态GPS控制点，坐标数据如下：
将其中一个点D084作为己知站，单点定其WGS84坐标，用RTK方式／静态（三角架采点）测得其余各控制点的WGS84坐标。利用随机软件求出坐标转换参数；比例SCALE：S—1000014，旋转度ROTATION：R＝-0.101454，高程参数为:a=-0.000047323，b=0.000023643，c=1.373809185。
3.2 加密控制点的测量：
为了使管网待定位的设施位于测量控制点的工作范围内，需要将较稀疏的控制点进行加密，方便测量定位作业的实施。选择其中一个较高精度的控制点作为基准站，用RTK／~P态测量的方法，对需加密的控制点进行坐标的定位，得到该控制点的WGS84坐标和地方坐标，再在加密的控制点所覆盖的作业范围内进行管网设施的测量作业，这样利于作业范围内测量精度和作业效率的提高。
3.3 用RTK动态测量和找寻管网设施
选择其中一个控制点或加密控制点作为基准站，用RTK坐标测量数据的采集功能(Data Collection)按地方坐标系的标准对需要定位的管线点如阀门方头、管道中心等进行测量，现场可以实时得到该点的三维坐标数据和精度评定水平，在精度允许的情况下开始采集，坐标数据自动存储在电子手簿中。内业可将数据传输到计算机中进行数据库的整理。
如果找寻坐标己知的管线点或是对管道安装沟槽设计中心的定位，可以利用随机软件中放样的功能(StakingOut)进行作业。输入待确定的管线点的已知坐标作为参考点和目标点，流动站实地所在位置的坐标作为修正点，电子手簿屏幕上的图形显示出实地待定点相对于目标点所偏移的距离(Left：andBack：)，按照指示移动流动站，直到满足所要求的精度。管道沟槽中心点的确定类似-上面的操作。利用这一特点可以对供水管道设施点进行了找寻定位，还可以对管道的施工起到指导的作用。
3.4 RTK在管网图形测量中的应用
利用RTK快速定位和实时得到坐标结果的特点，在一定的测量环境中可以进行地形的碎部测量。地形点的测量可以在数据采集(Data Collection)的功能下进行，也可以根据现场地形的实际情况进行测量设定，在测量管道中心线或道路边线时可以设定按距离进行采集，距离可以人为设定；在匀速运动测量的过程中，可以设定按时间采集，时间间隔也可人为设定。采集完的地形点坐标经过成图处理，生成数字化管网地形图。地形点的采集可以单人作业，极大地节约了人力和时间，因为有每个地形点的坐标数据也使成图质量上了一个档次。在白沙洲水厂厂区管网平面图的测量应用中，取得了很好的效果。
3.5 利用RTK进行管网GIS数据的采集
根据不同GIS平台要求各异，RTK在数据采集时可以将管网不同的设施点的属性加进去，对应于每个点的三维坐标，再进行一定的数据处理，可以生成适应GIS平台数据格式要求的基础资料数据库，并易于修改和完善。
4 动态RTK测量的流程如下：
4.1 基准站：
4.2 流动站：
一般依照以上的程序进行操作，结合供水管网管理的要求，就可以得到所要的结果数据。
5 RTK的应用对管网管理的影响
GPS-RTK测量技术在供水管网中的应用，对于管网的现代化管理有着很大的推动作用。主要反映在以下几点：
1)．相对于传统管线定位和施工测量手段来说，是-场革命性的飞跃。在管道定位和施工放样的工作中，我们大都使用经纬仪加测距仪或是用全站仪进行定位测量，用经纬仪进行直管道的放样测量，用水准仪进行高程的放样测量。在使用过程中，不仅使用仪器种类繁多、人员多，而且精度在施工作业现场由于各方面的阻挡和干扰，也受到影响。GPS-RTK的特点使测量和放样工作变的简单方便和耳目一新，它的应用在很大程度上综合代替了其他几种不同的测量仪器，并在作业效率上有了很大的提高。
2)．促进管网图形的数字化管理和使用，对原始作业手段在很大程度上有着冲击和革新的作用。在传统的管网测量和维护上，大多使用描图笔绘白纸图、用皮尺拉管线点相对位置，来制作管网设计和施工等用图，它最大的弊端就是图形不能统一到国家坐标系中，管线点的位置都是相对的，在GIS等管理系统中无法使用。而利用GPS-RTK的测量手段，可以得到每一个测点的三维坐标，可以以数据、图形和位置等不同的表现形式反映到不同的应用环境中，为各种人员的使用和管理提供方便。
3)．GPS-RTK在供水管网上的应用，使得代表着当今尖端科学水平的"3S"(GPS、GIS、RS)技术得以在供水行业中的实际应用实现突破。要使以工程技术为主的管理水平上台阶，就要借助现代人类文明创造的先进的科技成果。而"3S"技术在现阶段涉及工程技术行业中越来越显出其优越性和先进性。因此，随着GPS供水管网中的深入应用和其不断与GIS的紧密结合，必将对管网的现代化管理产生深刻的影响。
6 结论
将动态GPS应用于自来水供水管网管理中，在完善管网图纸和对供水管道施工和定位方面起到了很大的作用，提高了管网管理的效率和质量，为管网的现代化管理起到了推动的作用。
附图：
作者简介：
张宏立(1975-)，男，汉族，河北石家庄人，助理工程师，学士，工程测量专业
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