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