摘要: 本文基于笔者多年从事工程测量相关工作经验, 以笔者参与的某利枢纽工程测量项目为工程背景, 探讨了R T K技术在工程测量中的应用思路, 全文基于具体实例详细论述了RTK技术应用于工程测量的具体流程和需要注意的细节, 是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 能直接用于指导实践, 也相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词:GPS RTK 工程测量 基准站 测区转换参数
差分GPS(DGPS)是最近几年发展起来的一种新的测量方法。实时动态(Real TimeKinematic简称RTK)测量技术,也称载波相位差分技术, 是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术,它是GPS测量技术发展中的一个新突破。实时动态测量的基本思想是,在基准站上安置一台GPS接收机,对所有可见GPS卫星进行连续地观测,并将其观测数据,通过无线电传输设备,实时地发送给用户观测站。在流动站上,GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时,通过无线电接收设备, 接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位的原理,实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。
1 RTK工程测量的作业流程
1 . 1 内业准备在实施RTK外业测量前, 应事先收集测区的小比例尺地形图, 必要时进行野外踏勘, 根据地形测量的特点完成内业的准备工作。主要包括以下几方面的内容:
(1)根据工程项目,设定工程名称。(2)若已知坐标转换参数,则输人手簿(一般此参数未知)。(3)若无坐标转换参数,应整理测区的已知控制点资料, 控制点应尽可能均匀分布在测区周围,使得所测点均在已知点的包围之内, 尽可能避免从一端向另一端无限制的外推。控制点所处的位置和周围的条件应符合GPS作业的要求。(4)实施工程放样时, 内业输人每个放样点的设计坐标,以便野外实时、准确放样。
1 . 2 求定测区转换参数工程测量是在地方独立坐标系上进行的,这就存在WGS-84坐标和地方独立坐标系的坐标转换问题。
由于R T K 作业要求实时给出当地坐标,这使得坐标转换工作非常重要。根据总体规划和工程需要,求定测区转换参数可按如下步骤进行:首先在测区以GPS静态方式布设均匀分布的高等级GPS控制点,获得各点的WGS-84坐标和地方坐标系下的坐标,利用同一点的两种坐标求出转换参数。
注意,为提高转换参数的可靠性,最好选用4个以上的点进行观测和求解,这样可通过多种点的匹配方案,检验转换参数的正确性及精度。
1 . 3 基准站的选定原则数据传输系统由基准站发射电台和流动站接收电台组成,它们是实时动态测量的关键设备。稳定可靠的数据链是动态初始化的前提。保持高质量的数据传输,可以减少整周模糊度的解算时间, 大大提高主作效率, 所以基准站的安置是顺利实施RTK作业的关键之一,基准站安置应满足下列条件:
(1)基准站可设立在有精确坐标的已知点上,也可设在未知点上(最好设在已知点上)。(2)基准站安置应选择地势较高、视空无遮挡、电台有良好覆盖域的地方,城市测量首选测区高大建筑物上。(3)为防止数据链的丢失和多路径效应, 基准站周围应无GPS信号反射物(大型停车场、大型建筑物、车辆拥挤的街区等),200m范围内无高压电线、电视台、无线电发射台等干扰源。(4)考虑到南北极附近是卫星的空洞区, 电台的天线应架设在GPS接收机的北方。
1.4 RTK 施测步骤野外作业时, 基准站安置在选定的控制点上, 打开接收机输人点号、天线高、WGS-84的已知坐标; 设置完毕检查接收的G P S卫星数≥ 5 颗。检查电台发射指示灯是否正常, 基准站设置完成。流动站选择与基准站电台相匹配的电台频率, 检查电台接收指示灯是否正常, 检查接收卫星颗数)4 颗, 流动站可开始测量任务。
先联测1～2个已知控制点, 评定测量精度, 满足设计要求后开始测量任务。实时动态RTK数据处理相对简单, 外业测量采集的实测坐标通过手簿的数据传输系统, 直接下载到计算机内。经整理、分类、判断形成文件后直接打印出来。
2 水利工程中RTK技术应用思路研究
2 . 1 控制点加密的测量在首级控制网的基础上, 为满足地形图及断面等测量的需要, 必须进行加密控制点的测量。而水利水电工程多位于偏远地区,已知高等级控制点较少,常规的控制测量方法是测距仪导线, 测量精度受到很多条件限制,且工作量大。而用GPSRTK加密测量控制点则很简单,只需在测区10km范围内有3 个以上且包含测区的高等级测量控制点即可,操作简单方便,平均每天可测量30～40个加密控制点,效率较高。
2 . 2 水下地形测量水利工程测量最难的是水下地形测量,水下地形复杂,作业条件差,而水下地形资料的准确性对水利工程建设十分重要。传统水下地形测量方法大多采用经纬仪交汇或全站仪配合测深仪,其缺点是:精度不高,测区范围有限,工作量大,人员配置多等。随着GPS测量技术在测量中的空前发展,水下地形测量也较多地采用GPS RTK技术, 主要设备有:双频TrimbIe GPS 5700RTK,中海达数字单(双)频测深仪,海洋测量软件。进行GPS RTK水下地形测量的步骤是: 将GPS、测深仪和笔记本电脑连接成一体,导航软件对测量船进行定位,并指导测量船在指定测量断面上航行,GPS和测深仪将实时测得数据导入笔记本电脑,由海洋测量软件处理生成水下地形图或导出*.Dat数据,再由成图软件绘制水下地形图。
从几年测量结果来看,GPS在水下地形测量的应用,大大提高了测量的精度,减少了工作量,缩短了工作日,并且输出的数字化的水下地形图为今后地理信息系统(GIS)的建立和管理创造了有利的条件。
2 . 3 施工放样测量利用RTK随机软件中放样的功能进行点、直线、曲线放样功能, 进行施工放样测量。输入设计好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,按照指示移动流动站,直到满足所要求的精度。同样方法可以用来复样及检查验收。
2 . 4 数字化地形图测量利用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测量。地形点的测量可以在数据采集的功能下进行, 也可以根据现场地形的实际情况进行测量设定, 采集完的地形点经过成图处理,生成数字化管道地形图。地形点的采集可以单人作业, 极大地节约了人力和时间。
3 RTK测量应用实例
3 . 1 测区概况该水利工程以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主,兼顾航运,并具有拦沙减淤等综合利用效益,属准社会公益性项目。该水下测区河道曲折,两旁山形相对平缓,水线两旁五十米区域为弃土或鹅卵石无茂密植被。除个别地方外对RTK作业无大的影响。
3 . 2 确定转换参数为保证转换参数的精度,共加进5个高等级GPS控制点(A,B,C,D,E),通过多种点的匹配方案,选择残差较少、精度较高的一组参数为最终启用参数。
3 . 3 工程应用及定位精度比较分析工程控制测量和放样测量均采用RTK作业。相邻观测点间全站仪实测距离和RTK实测距离进行抽样检查,结果见表2。
由于采用了残差较小的参数控制文件,正式工作之前检测已知点, 观测时利用带对中杆的三角支架作业, 提高了观测精度。
根据工作应用来看,RTK作业既可以实时提供点位坐标和高程, 又可实时知道测量点位精度,能够极大地提高工作效率。
只要在作业过程中加强检核、采用对中误差较小的支架、远离无线电发射电台、避免多路经效应,RTK测量完全能够满足城市建设的需要。
4 结语
RTK实时动态测量技术是继GPS全球定位技术之后,测量领域又一次技术革命。
它改变了传统的测量模式, 能够实时提供厘米级定位精度, 在不通视的条件下远距离传输三维坐标。应用于工程测量中,RTK能够快速准确的布设导线网, 弥补由于城市日星月异的发展造成的低等级导线点的毁坏, 减轻由于工期原因给测绘人员造成的时间压力。RTK测量需要的测量人员少、作业时间短,工作效率高,并且RTK测量成果都是独立观测值,不会像常规测量造成误差积累。当然,RTK技术快速、灵活的作业方式有赖于足够的卫星数、稳健的数据链、较小的多路径效应等外界条件,在城市环境下更显得突出,有时会出现无法正常作业的情况,这就需要不断完善RTK技术,探讨先进作业方式。随着R T K技术的日趋成熟, 必将更好地服务于城市测量。
参考文献
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