RTK技術(shù)在電力管線三維測量中的應(yīng)用

黃鶯

摘 要：該文重點介紹GPS RTK技術(shù)的原理、網(wǎng)絡(luò)RTK的原理及優(yōu)勢，同時對網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在電力管線三維測量中的應(yīng)用，作了簡要地闡述。

關(guān)鍵詞：GPS RTK 網(wǎng)絡(luò)RTK VRS

中圖分類號：TD611.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0087-02

當(dāng)今科技發(fā)展非常迅速，GPS技術(shù)也隨之發(fā)展，全天候、高精度、自動化、高效益等都是GPS技術(shù)的顯著特色，也被測繪工作者廣泛的應(yīng)用，逐漸影響著我們的生活工作。GPS靜態(tài)相對測量已廣泛應(yīng)用于控制測量。但GPS靜態(tài)測量固有的缺點是外業(yè)測量在測站上需要較長的測量時間，測量成果、測量精度無法及時獲取，難免要造成外業(yè)返工現(xiàn)象。GPS實時動態(tài)測量RTK模式，則能夠克服以上缺點，以實時、高精度特點為控制測量帶來業(yè)務(wù)模式突破，在工程放樣、碎部采集、水域測量、地籍測量、房產(chǎn)測繪等廣泛領(lǐng)域帶來深刻影響，極大促進電力管線測量工作發(fā)展。

1 RTK技術(shù)

RTK技術(shù)是一種GPS經(jīng)常使用到的測量方法，比如靜態(tài)和動態(tài)的測量只能在利用事后進行解算才能得到厘米級的精度，然而RTK技術(shù)是一種能夠?qū)崟r得到厘米級定位精度的測量方法，它采用的是載波相位動態(tài)實差分（Real time kinematic）方法，是具有里程碑意義的應(yīng)有，為地形測圖、工程放樣，在很大程度上提高了外業(yè)作業(yè)效率，還給各種控制測量帶來了新的發(fā)展曙光。

GPS測量，特別是高精度的通常采用載波相位觀測值，而RTK定位技術(shù)是基于載波相位觀測值基礎(chǔ)上的實時動態(tài)定位技術(shù)，能夠?qū)崟r地提供測點在指定坐標(biāo)系中的三維地位結(jié)果，而且精度很高。RTK作業(yè)模式下，流動站是基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息傳送給的。而且它不僅接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要適時采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并要實時處理系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值，給出精準(zhǔn)度在厘米級定位結(jié)果。流動站的狀態(tài)，可靜止也可運動；可以先在固定點上先進行初始化然后再進入到動態(tài)作業(yè)，也可以在動態(tài)條件下直接開機，動態(tài)環(huán)境下完成求解運算。在整周模糊度解固定后，即可對每個歷元進行實時的數(shù)據(jù)處理，只要能夠同時保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤以及必要的幾何圖形，流動站可實時得到精準(zhǔn)定位。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時要求基準(zhǔn)站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)及已經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機。

2 網(wǎng)絡(luò)RTK

GPS網(wǎng)絡(luò)RTK定位是近幾年發(fā)展起來的一種高精度的GPS定位技術(shù)，它利用多個基準(zhǔn)站構(gòu)成一個基準(zhǔn)站網(wǎng)，然后借助廣域差分GPS和具有多個基準(zhǔn)站的局域差分GPS中的基本原理和方法來消除或削弱各種GPS測量誤差對流動站的影響，從而達到提高定位結(jié)果精度的目的。與常規(guī)RTK相比，該方法具有覆蓋面廣，定位精度高，可靠性強，可實時提供厘米級定位等優(yōu)點，其中FKP（Flchenkorrekturparameter）的區(qū)域改正參數(shù)法技術(shù)和VRS（Virtual Reference Station）的虛擬參考站技術(shù)是比較有代表性的兩種技術(shù)。

2.1 VRS技術(shù)工作原理

VRS是由Trimble公司提出的，一種基于多參考站網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的GPS實時動態(tài)定位技術(shù)，通常歸為網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的一種。利用地面布設(shè)的多個參考站組成GPS連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡(luò)（CORS）就是虛擬參考站技術(shù)，利用各個參考站的觀測信息，然后建立精確的誤差模型（如電離層、對流層、衛(wèi)星軌道等誤差模型），并在移動站的附近產(chǎn)生一個虛擬參考站（VRS），物理上并不存在的，由于VRS位置通過流動站接收機的單點定位解來確定，故VRS與移動站構(gòu)成的基線通常只有很小的范圍，移動站與虛擬參考站進行載波相位差分改正，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)分析。

VRS技術(shù)是集因特網(wǎng)技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)、無線通訊技術(shù)和GPS定位技術(shù)于一體的定位系統(tǒng)，它的工作是有數(shù)據(jù)控制中心，移動站點等相互配合的工作原理。具體的工作流程是：

（1）VRS技術(shù)的各個參考站通過網(wǎng)絡(luò)連續(xù)不斷地向數(shù)據(jù)控制中心傳輸觀測數(shù)據(jù)；

（2）基準(zhǔn)站收集數(shù)據(jù)以后，通過傳送過來，由控制中心進行周模的模糊值計算。

（3）控制中心需要在移動站的附近創(chuàng)建一個能夠發(fā)送給移動站用戶的虛擬參考站（VRS），而這個虛擬參考站的數(shù)據(jù)來源需要通過流通站通過無線移動的數(shù)據(jù)連接傳送到控制中心。然后這些數(shù)據(jù)才虛擬的參考站通過VRS上計算得出的各誤差源影響的改正值，最后根據(jù)這些數(shù)據(jù)從而得到RTCM格式的用戶讀取文件。

（4）控制中心通過之前的計算得到的數(shù)據(jù)，向流動站進行發(fā)送。流動站得到這些虛擬參考站的差分信息以后，流動站與VRS技術(shù)的相互配合，通過對數(shù)據(jù)的分析，得出的定位結(jié)果非常準(zhǔn)確。

2.2 FKP技術(shù)工作原理

FKP技術(shù)是一項由Leica公司提出的基于全網(wǎng)整體解算模型的主副站技術(shù)。要求所有參考站將每一個觀測瞬間所采集的未經(jīng)差分處理的同步觀測值，然后實時地傳輸給中心控制站，進而通過中心控制站對數(shù)據(jù)的實時處理，產(chǎn)生一個稱為區(qū)域改正參數(shù)（FKP）然后發(fā)送給移動的用戶。為了降低參考站網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)播發(fā)量，可以使用主輔站技術(shù)來播發(fā)區(qū)域改正參數(shù)，這樣就達到了要求。主輔站概念為每一個單一參考站發(fā)送相對于主參考站的全部改正數(shù)及坐標(biāo)信息。對于網(wǎng)絡(luò)中的所有其他參考站，也就是輔參考站，播發(fā)的是差分改正數(shù)及坐標(biāo)差。主輔站概念是完全支持單向數(shù)據(jù)通訊的，流動站的用戶接收到改正數(shù)據(jù)后，可以對網(wǎng)絡(luò)改正數(shù)進行簡單的以及有效的處理，也就是內(nèi)插，也可進行嚴(yán)格的計算，獲得網(wǎng)絡(luò)固定解。

FKP技術(shù)是集因特網(wǎng)、無線通訊技術(shù)、GPS定位技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的定位系統(tǒng)，包含若干個連續(xù)運行的參考站、、移動站、數(shù)據(jù)控制中心，其工作原理和具體的流程如下：

（1）各個參考站通過因特網(wǎng)向數(shù)據(jù)控制中心發(fā)送觀測數(shù)據(jù)，而且是連續(xù)不斷地；endprint

（2）控制中心實時的處理包括整周未知數(shù)的所有解算，以致歸算各站至公共整周未知數(shù)水平；

（3）控制中心接收到來自移動站的NMEA CGA點位信息。需要注意主站被盡可能地選在最靠近移動站點位，這樣有利于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

（4）控制中心計算為這個流動站計算網(wǎng)絡(luò)改正數(shù)，并將它應(yīng)用于來自主站的觀測值；

（5）移動站點位主要是用來自參考站網(wǎng)的信息計算高精度。

3 RTK的優(yōu)勢（以主流技術(shù)VRS為例）

3.1 VRS覆蓋范圍

VRS網(wǎng)絡(luò)可以有多個站，但最少需要3個。簡單的計算一下：按邊長70 km計算，一個三角形可覆蓋面積為2100多km2。例如，北京市區(qū)面積900多km2，整個北京市區(qū)只需一個三角形（3個站）就可以全覆蓋。北京全市面積1.68萬 km，10個站就可以完全控制北京全市。VRS與傳統(tǒng)的GPS網(wǎng)絡(luò)相比，可節(jié)約成本近70%。VRS系統(tǒng)可提供厘米級和亞米級這兩種不同精度的差分信號。我們所論述的是1～2 cm的高精度，而若是用低精度，建站距離可以拓展到幾百公里。

3.2 VRS的主要優(yōu)勢

（1）大幅度降低費用。70 km的邊長使建GPS網(wǎng)絡(luò)費用大大降低，用戶不需自行建參考站。相對傳統(tǒng)RTK，提高了精度。在VRS網(wǎng)絡(luò)控制范圍內(nèi)，精度始終在±1～2 cm。（2）提高可靠性。采用了多個參考站的聯(lián)合數(shù)據(jù)，極大提高可靠性。（3）提高精度的均衡性，整網(wǎng)統(tǒng)一精度，精度始終在±1～2 cm，不受基準(zhǔn)站與流動站之間距離影響。（4）適應(yīng)更廣的應(yīng)用范圍。城市規(guī)劃，市政建設(shè)，交通管理，環(huán)保以及所有在室外進行的勘測工作。

4 網(wǎng)絡(luò)RTK在電力管線三維測量中的應(yīng)用

在上海電力管線測量中，網(wǎng)絡(luò)RTK主要在電力管線的控制測量，電力管線的帶狀地形測量和電力管線的放樣測量。

控制測量，通過控制測量的字面意義也能大概理解這是一種什么樣的測量方法。之前的測量方法，比如導(dǎo)線網(wǎng)、工程測量、大地測量等方法都要求點間要相互聯(lián)通，而且這種測量的精度也不是很準(zhǔn)確。而且如果在之前的戶外測量中精度不夠準(zhǔn)確，常規(guī)的測量方法不能精準(zhǔn)的定位。在測量完成以后，在之后的數(shù)據(jù)處理中，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，也不能對之前的測量有更正。如果是使用RTK技術(shù)進行測量，僅僅需要一個人，不需要架設(shè)基準(zhǔn)站，也不需要進行點擬和，不需要擔(dān)心定位精度，只需要知道自己的要求的精度，當(dāng)達到自己要求的精度，就可以完成測量，一般一個點僅僅需要幾十秒的時間，這不僅可以大大減少工作強度、節(jié)省費用，而且大幅提高工作效率，從2007年以來我們運用了網(wǎng)絡(luò)RTK的工作業(yè)績就是有力的證明。

帶狀地形測量，進行管線測量的時候常常會涉及到帶狀地形的測量，帶狀地帶的測量難點是，要求在測量站的幾個點上，都要有相應(yīng)的測量儀器，而且需要幾個點有一個相互的呼應(yīng)和配合，這樣，測量的難度就會提高而且還需要幾個人同時的進行設(shè)備的操作。而有事對于那種地形碎部點更多的區(qū)域，難測量的難度就會更高?，F(xiàn)在用到的RTK技術(shù)，就能很好的解決這些問題。首先，他不需要那么多人的參與，只需要一個人拿著儀器在需要測量的地點上停留幾秒鐘，然后編制特征編碼，對點位可以實時的進行定位，測量完成后，只需將儀器帶回到室內(nèi)進行相應(yīng)的下一步操作，與儀器配備的軟件分析，即可得到測量地點的圖像。利用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)僅需要一個人操作，不要求電間通視，大大提高工作效率。

電力管線的放樣測量，這種測量方法，是測量的一個防止，放洋測量的具體應(yīng)有就是通過把人與儀器很好的連接起來，并且設(shè)計好之前的定位點從而時間測量定位。過去一般也是要做導(dǎo)線控制，然后結(jié)合全站儀進行放樣，現(xiàn)在僅需要把待放的點輸入GPS控制器，然后一個背著儀器逐個點的放出來。不僅僅效率高，而且比較直觀，操作簡單。

5 結(jié)語

隨著測繪技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS測量高程的技術(shù)近年來有了很大的發(fā)展，有的城市已經(jīng)建成了5 km內(nèi)的GPS高程模型，甚至有的已經(jīng)建成1 km內(nèi)的高程模型，上海也在積極做這方面的工作，等到GPS高程模型建成后，就可以真正實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)RTK的三維測量了。endprint