地下管線測(cè)量中網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的應(yīng)用

黃衛(wèi)洪　樓榮

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，越來越多的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用在地下管線測(cè)量中。RTK技術(shù)是一種新型的定位技術(shù)，具有操作簡(jiǎn)單、平面定位精度高、直觀、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在地下管線測(cè)量中有十分廣泛的應(yīng)用。文章重點(diǎn)分析了地下管線測(cè)量中網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地下管線；管線測(cè)量；RTK技術(shù)；動(dòng)態(tài)定位技術(shù)；測(cè)量人員；測(cè)量效率

中圖分類號(hào)：P228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）36-0050-02

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的城市化建設(shè)步伐越來越快，城市原有的地下管線已經(jīng)不能滿足人們生活及生產(chǎn)的需求，因此，需要加大地下管線的建設(shè)力度。在進(jìn)行地下管線測(cè)量過程中，如果采用一般的GPS靜態(tài)測(cè)量，雖然有很高的精度，但其工作效率很低，并且在外業(yè)測(cè)量過程中不能實(shí)時(shí)了解定位精度，如果測(cè)量完成后，發(fā)現(xiàn)精度不合理，還需要重新測(cè)量，而采用RTK技術(shù)能實(shí)時(shí)了解定位精度，全面掌握觀測(cè)的質(zhì)量，極大地提高了作業(yè)人員的工作效率，本文就地下管線測(cè)量中網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 RTK技術(shù)的基本原理

RTK定位技術(shù)是一種基于載波相位觀測(cè)值的動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)提供觀測(cè)站點(diǎn)在相應(yīng)坐標(biāo)系中的三維定位情況，其精度能達(dá)到cm級(jí)。在RTK模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將觀測(cè)到的數(shù)據(jù)和觀測(cè)站的坐標(biāo)信息輸送到流動(dòng)站中，流動(dòng)站在接收基準(zhǔn)站信息的同時(shí)，也會(huì)采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出cm級(jí)的定位結(jié)果。流動(dòng)站可以是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，也可以是靜止?fàn)顟B(tài)，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的接收機(jī)能同時(shí)測(cè)量GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位信號(hào)，通過比較基準(zhǔn)站接收機(jī)測(cè)得的三維位置信息與該測(cè)量點(diǎn)已知的數(shù)據(jù)，得出GPS定位數(shù)據(jù)的修正值，從而修正動(dòng)態(tài)接收機(jī)測(cè)得的實(shí)時(shí)位置，獲得更加精準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)用戶位置。

2 RTK技術(shù)的組成及優(yōu)點(diǎn)

2.1 RTK系統(tǒng)的組成

基準(zhǔn)站主要由用于接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的GPS接收機(jī)及天線，用于手機(jī)通訊、電臺(tái)、發(fā)射天線等發(fā)射基站無線電信號(hào)的無線電傳輸設(shè)備，用于設(shè)置發(fā)射電臺(tái)、基準(zhǔn)站基本參數(shù)的電子手薄等幾部分組成；流動(dòng)站主要由用于接收GPS信號(hào)的GPS接收機(jī)及天線、用于接收基站發(fā)射無線電信號(hào)的無線電接收電臺(tái)及天線、用于設(shè)置接收電臺(tái)、流動(dòng)站基本參數(shù)的電子手簿等幾部分組成。

2.2 RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

應(yīng)用RTK技術(shù)各觀測(cè)站之間不需要進(jìn)行通視，能極大地減少測(cè)量的時(shí)間，降低測(cè)量成本；RTK技術(shù)的定位精度很高，有效作業(yè)距離比較短，并且能實(shí)時(shí)監(jiān)視定位精度；RTK技術(shù)能全天候工作，不會(huì)受到天氣等自然因素的影響；RTK系統(tǒng)操作十分簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度很高，并且接收機(jī)的體積比較小，重量也比較輕，在進(jìn)行外業(yè)測(cè)量時(shí)，能極大地減輕測(cè)量工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；RTK技術(shù)的觀測(cè)時(shí)間很短，隨著系統(tǒng)的不斷完善，在采集數(shù)據(jù)時(shí)，只需要幾秒鐘就能將一個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量出來。RTK技術(shù)以不受通視限制、高精度、速度快、全無缺等優(yōu)點(diǎn)，受到越來越多的測(cè)量用戶的喜愛。

3 RTK技術(shù)在地下管線測(cè)量的應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

以某城市地下管線探測(cè)為例，分析了RTK技術(shù)在地下管線測(cè)量中的應(yīng)用。該探測(cè)區(qū)域地勢(shì)比較平坦，道路相對(duì)寬敞，道路兩側(cè)的高層建筑不太多，兩側(cè)大部分是空地，部分道路與建筑物之間有樹木，但不影響視空，對(duì)RTK作業(yè)不會(huì)產(chǎn)生大的影響。在本次地下管線測(cè)量過程中工作量大、時(shí)間比較緊，一般的測(cè)量方法很難在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成測(cè)量任務(wù)，根據(jù)實(shí)際情況，測(cè)量單位決定采用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)配合全站儀完成測(cè)量任務(wù)。

3.2 參數(shù)轉(zhuǎn)換

在本次測(cè)量中需要采用WGS-54、WGS-84及其他獨(dú)立坐標(biāo)系，而GPS采用的是WGS-84坐標(biāo)系，因此，在測(cè)量過程中，需要進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。采用網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量地下管線時(shí)，常使用坐標(biāo)校正法、4參數(shù)法、7參數(shù)法進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，在本次測(cè)量中，采用坐標(biāo)校正法。在測(cè)量區(qū)中取5個(gè)已知控制點(diǎn)，用網(wǎng)絡(luò)RTK移動(dòng)站，在不運(yùn)用任何校正參數(shù)的情況下，接入CORS參考站中進(jìn)行測(cè)量，獲取固定解，并記錄這5個(gè)點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)，然后利用RTK電子手薄提供的已知點(diǎn)坐標(biāo)與WGS-84坐標(biāo)進(jìn)行校正，求出轉(zhuǎn)換參數(shù)，確保各點(diǎn)的殘差分量在0～3cm之間。

3.3 外業(yè)測(cè)量

地下管線點(diǎn)的測(cè)量采用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)瞬間獲得管線點(diǎn)的三維坐標(biāo)，觀測(cè)采樣率為3s，測(cè)量歷元素不能低于5，為保證定位瞬間，GPS接收機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)，需要在測(cè)量過程中設(shè)置強(qiáng)制對(duì)中桿。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)測(cè)量的管線點(diǎn)坐標(biāo)，點(diǎn)位坐標(biāo)要符合相關(guān)管線點(diǎn)精度要求。

3.4 圖根點(diǎn)測(cè)量

在進(jìn)行圖根點(diǎn)測(cè)量時(shí)，為確保圖根點(diǎn)的精度符合相關(guān)規(guī)定，需要對(duì)同一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)測(cè)量?jī)纱?，然后取平均值，在測(cè)量過程中要保證兩次測(cè)量誤差在0～3cm之間。在測(cè)量過程中，如果出現(xiàn)點(diǎn)位失鎖的現(xiàn)象，要重新測(cè)量，直到得到固定解位置。在本次測(cè)量中，有部分控制點(diǎn)周圍的障礙物比較多，信號(hào)不太好，坐標(biāo)解不太好算，可以將接收機(jī)移到附近得到的固定解，然后緩慢移到接收機(jī)至相應(yīng)點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)量。

3.5 精度分析

為檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的測(cè)量精度和穩(wěn)定性，在本次測(cè)量中，使用測(cè)角精度為2s，測(cè)距精度為±2mm+2ppm的全站儀對(duì)部分相鄰圖根點(diǎn)距離及管線點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行重新測(cè)量檢驗(yàn)。經(jīng)過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)位誤差最大在6.5cm、最大高程誤差為6.8cm，點(diǎn)位中誤差為±2.51cm，高程中誤差為±2.64cm，高程測(cè)量結(jié)果的精度小于5cm，符合相關(guān)規(guī)定；邊長(zhǎng)誤差最大為-1.8cm，邊長(zhǎng)相對(duì)誤差為1/11772，邊長(zhǎng)中誤差為±0.94cm，得出平面測(cè)量結(jié)果精度符合相關(guān)規(guī)范。

3.6 注意事項(xiàng)

在進(jìn)行地下管線測(cè)量時(shí)，要注意RTK技術(shù)的基礎(chǔ)是GPS定位技術(shù)，因此，必須保證對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，同時(shí)要保證跟蹤的衛(wèi)星數(shù)目符合相關(guān)要求，在測(cè)量過程中，要盡量將測(cè)量點(diǎn)設(shè)置在開闊的地區(qū)或者地勢(shì)比較高的地區(qū)。RTK比靜態(tài)GPS的誤差要多，如數(shù)據(jù)鏈接傳輸誤差等，因此，為保證測(cè)量的可靠性和精確性，需要對(duì)RTK測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。在測(cè)量過程中，必須注意電臺(tái)信號(hào)的接收情況，防止采集到不準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，造成測(cè)量結(jié)果精度不高。由于RTK測(cè)量精度、穩(wěn)定性都沒有全站儀高，并且RTK容易受衛(wèi)星情況、數(shù)據(jù)鏈傳輸情況等的影響，因此，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要多設(shè)置幾個(gè)控制點(diǎn)，用作檢核RTK測(cè)量成果。在搬運(yùn)、使用RTK系統(tǒng)時(shí)，要注意保護(hù)好各個(gè)部件，避免發(fā)生碰撞的現(xiàn)象，這樣不僅能延長(zhǎng)儀器的使用壽命，還能為測(cè)量精度提供保障。

4 結(jié)語(yǔ)

RTK技術(shù)具有定位精度高、實(shí)時(shí)提供三維坐標(biāo)、觀測(cè)時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，將RTK技術(shù)應(yīng)用在地下管線測(cè)量中，能極大地減輕測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高測(cè)量效率。在進(jìn)行地下管線測(cè)量時(shí)，測(cè)量單位要根據(jù)實(shí)際情況，合理地應(yīng)用RTK技術(shù)，從而為測(cè)量結(jié)果的可靠性提供保障。

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作者簡(jiǎn)介：黃衛(wèi)洪（1971-），男，江西南昌人，江西省地礦測(cè)繪院助理工程師，研究方向：測(cè)繪工程。