RTK 技術(shù)在現(xiàn)代測(cè)量中的應(yīng)用

王家鋒

(山西省介休市規(guī)劃局，山西介休 032000)

隨著城鎮(zhèn)化率的逐年提高，為了滿足城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理、應(yīng)用等方面的要求，測(cè)量行業(yè)越來(lái)越受到重視，測(cè)量工作也越來(lái)越多，越來(lái)越繁重，在以前的城市規(guī)劃測(cè)量及城市地形圖的動(dòng)態(tài)化管理中，測(cè)量人員的工作是辛苦而繁重的，而且并不如許多人所想的有多輕松。

最早采用的是經(jīng)緯儀配合小平板，采用視距法，讀取高度角以及視距，通過(guò)查對(duì)數(shù)表求得設(shè)站點(diǎn)與碎步點(diǎn)之間的距離，再用鉛筆、三角板將該點(diǎn)按比例尺畫(huà)到聚酯薄膜上，而后進(jìn)行內(nèi)業(yè)清繪成圖。

再后來(lái)有了全站儀，就采用內(nèi)外業(yè)一體化技術(shù)進(jìn)行測(cè)圖，測(cè)繪技術(shù)成果精度以及作業(yè)速度有了極大地提高，但是其作業(yè)流程也是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，需要有做外業(yè)的工作人員還需要許多內(nèi)業(yè)工作和資料處理人員。測(cè)量作業(yè)員的能力大小、水平高低，更多的體現(xiàn)在其協(xié)調(diào)能力及統(tǒng)籌安排和操作上。

第一步要做的工作就是聯(lián)測(cè)已知D級(jí)或E級(jí)控制點(diǎn)，這時(shí)候要搞清楚本次作業(yè)所使用的坐標(biāo)系是地方獨(dú)立坐標(biāo)系還是國(guó)家坐標(biāo)系，高程是假設(shè)高程還是國(guó)家絕對(duì)高程，高程實(shí)際作業(yè)時(shí)是使用GPS高程還是采用水準(zhǔn)高層。校點(diǎn)后將結(jié)果和已知點(diǎn)比對(duì)符合精度要求后才能進(jìn)行碎部點(diǎn)測(cè)量。

第二步工作就是檢查規(guī)劃用地邊線的坐標(biāo)和實(shí)地是否相符。建設(shè)單位的指界往往和規(guī)劃有所出入，改線工作經(jīng)常發(fā)生，而中國(guó)的國(guó)情是:土地部門(mén)征地前是不和規(guī)劃部門(mén)咨詢的，他們往往是根據(jù)建設(shè)單位的實(shí)際占地結(jié)合土地利用規(guī)劃進(jìn)行報(bào)批，結(jié)果下來(lái)往往與城市規(guī)劃相矛盾，這樣改線工作也勢(shì)必存在問(wèn)題，這些工作的重復(fù)導(dǎo)致使用全站儀的工作效率和經(jīng)濟(jì)效率明顯降低。

第三步工作就是實(shí)地拔地定樁。這步工作變化很多。利用全站儀放線，前提是要求地面清表，在地面的垃圾及障礙物沒(méi)有清理完前可以先熟悉圖紙，因?yàn)檫@時(shí)候架儀器也無(wú)法干活還需專(zhuān)人照看儀器，既浪費(fèi)時(shí)間又浪費(fèi)人員，這些工作都是徒勞的，一定要等到把場(chǎng)地平整完全通視后再進(jìn)行，這樣一來(lái)工作效率明顯提高。

而使用RTK接收機(jī)硬件相對(duì)簡(jiǎn)單，投入少，不用考慮通視;技術(shù)成熟，數(shù)據(jù)處理量小，解算模型簡(jiǎn)單而且不受下雨天氣的影響，工作效率比用全站儀作業(yè)要高出4倍～5倍。下面本人就從RTK定位原理，RTK的接受信號(hào)，RTK的精度檢查以及成果使用三大方面來(lái)解讀使用RTK在規(guī)劃測(cè)量中的必要性和有利性。

1 RTK的工作原理

1)基站坐標(biāo)已知 X，Y，Z 或?yàn)?B，L，H。

2)RTK的工作原理。

3)用相對(duì)定位方法按歷元逐個(gè)解算基線向量。

4)求出流動(dòng)站坐標(biāo)。

GPS RTK的作業(yè)方法是設(shè)立基準(zhǔn)站，將接收天線、雷達(dá)天線、主機(jī)、手簿、電臺(tái)、電瓶等設(shè)備連接好，用手簿啟動(dòng)主機(jī)，設(shè)置好各項(xiàng)參數(shù)，即頻率、投影系統(tǒng)、中央子午線經(jīng)度、扁率、天線高、天線類(lèi)型等，然后啟動(dòng)基準(zhǔn)站?；鶞?zhǔn)站啟動(dòng)好后，就可以對(duì)流動(dòng)站進(jìn)行設(shè)置、啟動(dòng)，當(dāng)手簿上出現(xiàn)雷達(dá)天線符號(hào)和RTK固定解時(shí)，即可開(kāi)始測(cè)量，在正式觀測(cè)前，應(yīng)利用周邊至少3個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取，各坐標(biāo)分量殘差均小于2 cm后才能實(shí)施流動(dòng)觀測(cè)。為保證精度，RTK測(cè)量半徑控制在3 km范圍內(nèi)。RTK當(dāng)天測(cè)量結(jié)束后，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X。

在規(guī)劃放線中，一般是通過(guò)求出道路路側(cè)石的平行線而后通過(guò)拔角度量距離放線，這樣容易造成下列誤差:

1)不能放樣到樁位上。

這樣的錯(cuò)誤在所難免，由儀器本身的刻畫(huà)及度盤(pán)精度特性決定。這樣的錯(cuò)誤在基礎(chǔ)較深或場(chǎng)地不平整時(shí)最容易發(fā)生，如果在大開(kāi)挖之前發(fā)現(xiàn)，都是可以補(bǔ)救的，如果開(kāi)挖成型后才發(fā)現(xiàn)，則處理和補(bǔ)救就比較麻煩。如果處理不當(dāng)，造成的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的。

2)軸線不精確造成的誤差。

由于反復(fù)的旋轉(zhuǎn)儀器，求取角度，容易造成誤差累積，這種由于軸線不準(zhǔn)造成的誤差是很可怕的，會(huì)造成整體建筑物的定位錯(cuò)誤，涉及到與規(guī)劃總平面以及前期的設(shè)計(jì)相違背，也會(huì)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。

在某單位施工的17層商住樓建設(shè)項(xiàng)目中，由于施工人員放樣錯(cuò)誤，造成該建筑物的沿街立面比其他相鄰建筑物立面凸出1.5 m，給該地段規(guī)劃，市容造成的后果相當(dāng)?shù)膰?yán)重，也給建設(shè)單位和施工單位帶來(lái)業(yè)主的埋怨以及規(guī)劃驗(yàn)收的難以通過(guò)。

也存在軸線定位局部正確，局部錯(cuò)誤的例子。在濱河小區(qū)28號(hào)樓樁基施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)測(cè)繪人員對(duì)②軸～⑦軸的放樣測(cè)量時(shí)，因放樣不準(zhǔn)確造成該部分的樁基整體旋轉(zhuǎn)，最大的偏差達(dá)到0.75 m，雖經(jīng)幾次補(bǔ)救處理，原來(lái)的設(shè)計(jì)圖紙才沒(méi)有大變。但因?yàn)檫@個(gè)誤差造成了圖紙變更及工期延長(zhǎng)。

由于RTK技術(shù)采用的是前方交會(huì)的方法，其已知點(diǎn)在同步衛(wèi)星上，所測(cè)的每一個(gè)碎步點(diǎn)的精度都是相同的，這樣因采用常規(guī)儀器所造成的誤差就極易避免。

2 RTK接收到的信號(hào)

1)直接來(lái)自GPS衛(wèi)星的信號(hào)。

從衛(wèi)星廣播星歷(衛(wèi)星的坐標(biāo))中獲取6個(gè)Kepler軌道根數(shù)，9個(gè)攝動(dòng)參數(shù)，2個(gè)時(shí)間參數(shù)(參考時(shí)刻、星鐘數(shù)據(jù)齡期)。

2)檢查星地偽距測(cè)量信號(hào)，主要是:測(cè)距碼信息、載波相位、衛(wèi)星健康狀況、電離層延遲改正信息等。

3)差分信號(hào)傳送方法。

a.平面信號(hào)系統(tǒng)傳送:用RTK自帶數(shù)據(jù)鏈傳送，通過(guò)GPRS/CDMA登錄數(shù)據(jù)服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)(有線、無(wú)線方式均有)。

b.衛(wèi)星傳送:專(zhuān)用通訊衛(wèi)星、借用其他衛(wèi)星如海事衛(wèi)星傳送，由于RTK是自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)、自動(dòng)傳輸，這樣就避免了使用常規(guī)儀器在內(nèi)業(yè)計(jì)算中容易導(dǎo)致的錯(cuò)誤。

3 RTK接收機(jī)的檢查程序

1)成圖以前的檢查。

a.觀測(cè)條件的合理性(打開(kāi)觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)可檢查或利用TEQC軟件進(jìn)行檢查)。檢查接收機(jī)的初始設(shè)置是否正確:如采樣間隔、靜態(tài)觀測(cè);在觀測(cè)時(shí)接收衛(wèi)星數(shù)量至少要滿足鎖定4顆衛(wèi)星;PDOP值不大于6。

b.觀測(cè)成果的正確性(打開(kāi)觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)可檢查或利用TEQC軟件進(jìn)行檢查，也可以在 TGO1.62中導(dǎo)入原始觀測(cè)數(shù)據(jù)RINEX格式逐點(diǎn)進(jìn)行檢查)。采集的數(shù)據(jù)(星歷文件)和觀測(cè)時(shí)間是否夠用;每顆鎖定的衛(wèi)星的連續(xù)觀測(cè)時(shí)間;每個(gè)接收機(jī)之間的有效的同步觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度;重站率不小于1.6。

c.觀測(cè)成果的規(guī)范性(打開(kāi)觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)、記錄手簿可檢查)。正確地量取天線高并能正確地記錄，也要記錄衛(wèi)星的失鎖浮動(dòng)等情況;接下來(lái)要正確地繪制測(cè)站四周的相對(duì)位置——環(huán)視圖;在架好儀器后也要進(jìn)行溫度、氣壓、濕度等的量取和記錄;最后按要求轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的RINEX數(shù)據(jù)格式文件存檔。

2)計(jì)算質(zhì)量的檢查。

數(shù)據(jù)處理(數(shù)據(jù)檢驗(yàn)記錄、起算數(shù)據(jù)資料、成果表、技術(shù)總結(jié))。

對(duì)同步環(huán)、異步環(huán)的閉合差進(jìn)行檢查時(shí)首先需考慮到:重復(fù)基線較差檢驗(yàn)、異步環(huán)的邊數(shù)問(wèn)題;而后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、基線解算及數(shù)據(jù)分析;最后再進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理(平差計(jì)算)及數(shù)據(jù)分析。

在網(wǎng)平差報(bào)告中的各項(xiàng)指標(biāo)是否滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，如點(diǎn)位中誤差、邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差的符合情況，分析RTK校點(diǎn)使用的已知點(diǎn)點(diǎn)位可靠性檢核(兼容性)，坐標(biāo)數(shù)據(jù)正確性的檢查(是否存在X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)弄反、輸錯(cuò)、改算錯(cuò)誤)。

所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)、投影方式、投影面是否正確(橢球參數(shù)、中央子午線、Y值加常數(shù)、投影面等)，起算點(diǎn)的正確性或改算的正確性(獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng));平面采用的已知點(diǎn)數(shù)量是否滿足設(shè)計(jì)要求，是否存在同級(jí)發(fā)展，是否滿足高控低;測(cè)量標(biāo)志是否移位、標(biāo)志破壞、未同網(wǎng)平差、坐標(biāo)系統(tǒng)不同的情況。

以上大部分內(nèi)容都可以在獲取RINEX數(shù)據(jù)后在免費(fèi)軟件TGO1.62中進(jìn)行自動(dòng)檢查、核實(shí)。這樣就避免了在檢查中由于作業(yè)人員的水平問(wèn)題導(dǎo)致內(nèi)業(yè)質(zhì)量不過(guò)關(guān)。通過(guò)以上三個(gè)主要步驟的解讀，我們看到RTK接收機(jī)的自動(dòng)化和科學(xué)化，俗話說(shuō)“沒(méi)有金剛鉆不攬瓷器活”，只有使用精度更高、效率更高的儀器，我們的測(cè)繪任務(wù)才能在輕松的工作中完成，RTK技術(shù)成為現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)中不可或缺的一部分。