芻議RTK技術(shù)在長輸管道測(cè)量中的應(yīng)用

王旭

摘要：RTK技術(shù)是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù),將該技術(shù)應(yīng)用到長輸管道測(cè)量中能大幅度地提高測(cè)量效率和測(cè)量精度。本文主要是圍繞RTK 技術(shù)在長輸管道測(cè)量中的應(yīng)用所進(jìn)行的說明，旨在介紹RTK技術(shù)的原理、特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)、具體應(yīng)用和影響。

關(guān)鍵詞：RTK技術(shù)長輸管道測(cè)量原理應(yīng)用

中圖分類號(hào)：F407.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、RTK技術(shù)概述

（一）RTK技術(shù)的定義

RTK（Real - time Kinematic）測(cè)量技術(shù)，即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法，它是一種新的GPS測(cè)量方法。同以往常規(guī)的GPS測(cè)量方法相比，如以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量等都需要在事后才能進(jìn)行解算以獲得厘米級(jí)的精度，而RTK技術(shù)則能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法。由于RTK技術(shù)采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)下獲取位置、時(shí)間及相關(guān)信息的要求，因而是GPS應(yīng)用的重大里程碑。它的產(chǎn)生和應(yīng)用為工程放樣、地形測(cè)圖等帶來了新的曙光，節(jié)省了成本和勞動(dòng)力，極大地提高了作業(yè)的效率，因而得到了迅速推廣和應(yīng)用。

（二）RTK技術(shù)的基本原理

RTK技術(shù)以載波相位測(cè)量為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了載波相位測(cè)量與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)結(jié)合，它主要由兩個(gè)部分組成：第一部分是基準(zhǔn)站，主要由GPS接收機(jī)、基準(zhǔn)站發(fā)射電臺(tái)、電臺(tái)發(fā)射天線組成；第二部分是流動(dòng)站，主要是由GPS接收機(jī)、流動(dòng)站接收電臺(tái)、觀測(cè)手簿組成。RTK技術(shù)的工作原理是：基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)地將測(cè)量所得的載波相位觀測(cè)值、偽距觀測(cè)值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)等用無線電傳送給運(yùn)作中的流動(dòng)站，而流動(dòng)站在接收后將載波相位觀測(cè)值實(shí)時(shí)地進(jìn)行差分處理，以便得到兩站的相對(duì)坐標(biāo)，加上基準(zhǔn)站的坐標(biāo)就能得到流動(dòng)站的WGS―84坐標(biāo)，然后通過轉(zhuǎn)換參數(shù)求得當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系下的三維坐標(biāo)。

（三）RTK系統(tǒng)正常運(yùn)行的條件

第一，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站必須能夠同時(shí)接收到至少四顆以上的GPS衛(wèi)星信號(hào)；第二，基準(zhǔn)站發(fā)出的差分信號(hào)和衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)必須能夠被流動(dòng)站同時(shí)接收到；第三，基準(zhǔn)站發(fā)出的差分信號(hào)和衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)必須能夠被流動(dòng)站連續(xù)接收，即使是流動(dòng)站正處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之中，也不能關(guān)機(jī)和失鎖，否則就必須重新初始化RTK系統(tǒng)。

（四）RTK技術(shù)的特點(diǎn)

同傳統(tǒng)的經(jīng)典測(cè)量學(xué)以及常規(guī)的GPS測(cè)量方法相比，RTK測(cè)量技術(shù)具有以下主要特點(diǎn)：

1.高精度定位；

2.快速提供三維坐標(biāo)；

3.作用距離遠(yuǎn)；

4.操作簡便，攜帶方便；

5.測(cè)量站之間不需要通視，各個(gè)測(cè)量值是相互獨(dú)立的，不存在累積誤差。

（五）RTK技術(shù)應(yīng)用中存在的問題

在實(shí)際應(yīng)用RTK技術(shù)時(shí)，由于受到現(xiàn)代化通信業(yè)、城市建筑物和裝潢材料的強(qiáng)反射性、市區(qū)街道上車流量過大且車速緩慢等因素的影響，使得RTK技術(shù)在作業(yè)時(shí)受到了一定程度上的困擾，主要表現(xiàn)在以下幾種情況：

1.數(shù)據(jù)鏈不穩(wěn)定，不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)初始化或整周模糊度計(jì)算；

2.長時(shí)間不能獲得固定雙差解；

3.視空高度角大，不能接收到足夠的衛(wèi)星；

4.流動(dòng)站離基準(zhǔn)站太遠(yuǎn)，不能獲取公共衛(wèi)星等。

二、RTK技術(shù)在長輸管道測(cè)量中的應(yīng)用

所謂長輸管道，顧名思義，其測(cè)量距離是十分長的，如果用以往的方法進(jìn)行測(cè)量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力不說，還不能確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。但是，隨著GPS―RTK技術(shù)在測(cè)量中的應(yīng)用，由于采集點(diǎn)之間是沒有任何關(guān)系的且不需要通視，因此不僅避免了誤差累積的現(xiàn)象，確保的測(cè)量的準(zhǔn)確性，而且大大地提高了工作的效率，可以根據(jù)具體的實(shí)際情況靈活地選擇作業(yè)方式。

（一）加密控制點(diǎn)的測(cè)量

為了能夠把管道待定位的設(shè)施處于測(cè)量控制點(diǎn)的工作范圍之內(nèi)，我們需要將比較稀疏的控制點(diǎn)加密，這樣做便于測(cè)量定位作業(yè)的順利實(shí)施。在實(shí)際操作中，選擇一個(gè)精度較高的控制點(diǎn)為基準(zhǔn)站，并用RTK技術(shù)定位需要加密的控制點(diǎn)的坐標(biāo)，從而得到該控制點(diǎn)的WGS―84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)，然后在所加密的控制點(diǎn)覆蓋的作業(yè)范圍之內(nèi)進(jìn)行管道設(shè)施的測(cè)量作業(yè)，提高作業(yè)范圍內(nèi)的測(cè)量精度和作業(yè)效率。

（二）動(dòng)態(tài)測(cè)量管道的三維坐標(biāo)

首先選擇一個(gè)控制點(diǎn)或者加密控制點(diǎn)為基準(zhǔn)站，應(yīng)用RTK技術(shù)的坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)的采集功能按照地方坐標(biāo)系的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)要定位的管線點(diǎn)（如線位、焊口、穿跨越、站場和閥室等）的坐標(biāo)和精確位置進(jìn)行測(cè)量，可以實(shí)時(shí)地得到該點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)和精度評(píng)定水平，并且在精度允許的情況下進(jìn)行采集，坐標(biāo)數(shù)據(jù)將自動(dòng)存儲(chǔ)于電子手簿之中。內(nèi)業(yè)時(shí)可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的整理。

（三）進(jìn)行管道施工放樣測(cè)量和尋找已知坐標(biāo)的管線點(diǎn)

依據(jù)管道安裝管溝設(shè)計(jì)中心的定位，我們可以應(yīng)用RTK技術(shù)中的放樣功能進(jìn)行點(diǎn)、曲線、直線的放樣功能。首先輸入已經(jīng)設(shè)計(jì)好的坐標(biāo)為參考點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)，并以流動(dòng)站的實(shí)地所在位置的坐標(biāo)為修正點(diǎn)，那么電子手簿的屏幕上的圖形將顯示出待定點(diǎn)同目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)所偏移的距離，然后按指示變動(dòng)流動(dòng)站的位置，直到符合要求的精度為止。同樣地，我們可以按照以上的方法尋找和已知坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的管線點(diǎn)。通過這兩種方法，RTK技術(shù)對(duì)管道施工便具有了指導(dǎo)作用。

（四）RTK技術(shù)在管道的圖形測(cè)量中的重要作用

我們知道，RTK技術(shù)具有實(shí)時(shí)和快速定位的特點(diǎn)，因此在一定的測(cè)量環(huán)境中可以進(jìn)行地形的碎部測(cè)量。首先，地形點(diǎn)的測(cè)量不僅可以在數(shù)據(jù)采集的功能下完成，或者根據(jù)現(xiàn)場地形的實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)量設(shè)定，而且也可以在測(cè)量管道中心線或者道路邊線時(shí)設(shè)定為按距離進(jìn)行采集，其中距離是可以人為設(shè)定的；其次，在勻速運(yùn)動(dòng)的測(cè)量中可以按照時(shí)間采集，其中時(shí)間間隔可以人為設(shè)定。當(dāng)采集完的地形點(diǎn)坐標(biāo)經(jīng)成圖處理之后，便能生成數(shù)字化管道地形圖了。

（五）進(jìn)行管道GIS數(shù)據(jù)的采集

GIS系統(tǒng)即地理信息系統(tǒng)（GIS，Geographic Information System），是一種基于計(jì)算機(jī)的工具，它可以對(duì)在地球上存在的東西和發(fā)生的事件進(jìn)行成圖和分析。GIS技術(shù)把地圖這種獨(dú)特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作集成在一起。根據(jù)不同GIS平臺(tái)的不同要求，RTK在數(shù)據(jù)采集時(shí)能夠?qū)⒐艿赖牟煌脑O(shè)施點(diǎn)的數(shù)據(jù)增加進(jìn)去，這樣能夠?qū)?yīng)每個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而生成適合各種GIS平臺(tái)要求的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫，同時(shí)還能對(duì)這種數(shù)據(jù)庫進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)和完善。

三、RTK技術(shù)的應(yīng)用對(duì)管道管理的影響

1.RTK技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)施工測(cè)量手段和管線定位方法的一場質(zhì)的飛躍。傳統(tǒng)的施工放樣和管線定位工作大都是使用經(jīng)緯儀、測(cè)距儀或者全站儀進(jìn)行定位測(cè)量，這種方法不僅使用的儀器種類繁多，需要的工作人員多外，在精度的要求上也存在著來自各種因素的干擾。但是RTK測(cè)量技術(shù)的廣泛使用在很大程度上減少了以往各種復(fù)雜儀器的使用，提高了工作的效率。

2.促進(jìn)了管道圖形的數(shù)字化使用和管理，是對(duì)傳統(tǒng)手段的一場革新。同以往大多使用描圖筆、白圖紙、皮尺等工具繪制管道設(shè)計(jì)和施工用圖等手段相比，RTK測(cè)量技術(shù)克服了傳統(tǒng)管道測(cè)量方法不能統(tǒng)一到國家坐標(biāo)系中的弊端，使得數(shù)字化的管道圖形在GIS等管理體系中得到了廣泛的使用。通過RTK的測(cè)量手段，我們可以得到每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)，進(jìn)而能夠以數(shù)據(jù)、圖形或者位置等不同的表現(xiàn)形式反映到不同的應(yīng)用環(huán)境之中，便于各種人員的使用和管理，大大提高了管理的效率。

四、結(jié)束語：

GPS―RTK技術(shù)在長輸管道測(cè)量中的應(yīng)用代表了當(dāng)今社會(huì)尖端科技在相關(guān)行業(yè)中的發(fā)展水平，充分體現(xiàn)了GPS―RTK技術(shù)在控制、測(cè)量、管理中的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化測(cè)量，避免了人為誤差的產(chǎn)生，為獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)提供了保障。

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