基于網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的地下管線點(diǎn)測量及精度分析

羅發(fā)永

四川省煤田地質(zhì)局一三七隊(duì) 四川達(dá)州 635006

摘要：通過闡述網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的基本原理、組成及優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合達(dá)州市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)地下管線測量工程，介紹城市地下管線探測中采用網(wǎng)絡(luò)RTK施測地下管線點(diǎn)的技術(shù)方法，并對此方法的生產(chǎn)成果通過常規(guī)手段進(jìn)行復(fù)測驗(yàn)證和精度分析，論述了網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在地下管線點(diǎn)測量中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)RTK；管線點(diǎn)測量；技術(shù)方法；精度分析

0.引言

隨著《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)[2014]27號）和《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門關(guān)于開展城市地下管線普查工作的通知》（建城〔2014〕179號）兩個(gè)文件的下發(fā)，全國各地都在緊鑼密鼓地組織開展城市地下管線普查工作。對于參加普查工作的專業(yè)隊(duì)伍來說，如何采用高效可行的技術(shù)方法，確保普查任務(wù)優(yōu)質(zhì)按期完成，化解施測任務(wù)重、生產(chǎn)工期緊、質(zhì)量要求高等系列矛盾，是當(dāng)前大家面臨的一個(gè)首要難題。為此，打破常規(guī)測量手段，探索和研究采用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行地下管線點(diǎn)測量的新方法尤為迫切和重要。

1.網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的基本原理

網(wǎng)絡(luò) RTK是基于CORS（利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)）基礎(chǔ)上的實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)。在某一區(qū)域內(nèi)建立若干個(gè)GNSS基準(zhǔn)站，對該地區(qū)構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋，聯(lián)合若干基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)解算或消除電離層、對流層等影響，發(fā)播GNSS改正信息，對該地區(qū)內(nèi)的GNSS用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)載波相位/偽距差分改正的定位方式，又稱為多基站 RTK。

1.1 系統(tǒng)組成

網(wǎng)絡(luò)RTK核心技術(shù)的代表是VRS（Virtual Reference Station）虛擬參考站，其組成包括3部分：控制中心，固定站和用戶部分[1]。

1）控制中心

控制中心是整個(gè)系統(tǒng)的核心，既是通訊控制中心，也是數(shù)據(jù)處理中心。它利用通訊線與所有的固定參考站通訊，通過無線網(wǎng)絡(luò)（GSM，CDMA，GPRS）與移動用戶通訊，由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)系統(tǒng)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

2）固定站

固定參考站是固定的GNSS接收系統(tǒng)，分布在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)VRS網(wǎng)絡(luò)可包括無數(shù)個(gè)站，但最少要3個(gè)站，站間距離可達(dá)70km（傳統(tǒng)高精度GNSS網(wǎng)絡(luò)，站間距離不過10～20km）。固定站與控制中心之間有通訊線相連，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳送到控制中心。

3）用戶部分

用戶部分就是用戶的接收機(jī)，加上無線通訊的調(diào)制解調(diào)器。根據(jù)自己的不同需求，放置在不同的載體上，接收機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)將自己初始位置發(fā)給控制中心，并接收中心的差分信號，生成厘米級的位置信息。

1.2工作原理和流程

1）各個(gè)固定參考站通過Internet連續(xù)不斷地向數(shù)據(jù)控制中心傳輸GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)。

2）控制中心實(shí)時(shí)在線解算網(wǎng)內(nèi)各基線的載波相位整周模糊度值和建立誤差模型。

3）流動站將單點(diǎn)定位/或DGPS 確定的位置坐標(biāo)（NMEA格式），通過無線移動數(shù)據(jù)鏈路（如GSM/GPRS、CDMA）傳送給數(shù) 據(jù)控制中心，控制中心在流動站附近位置創(chuàng)建一個(gè)虛擬參考站，通過內(nèi)插得到虛擬參考站各誤差源影響的改正值，并以RTCM格式通過NTRIP協(xié)議發(fā)給流動站用戶。

4）流動站與虛擬參考站構(gòu)成短基線。流動站接收控制中心發(fā)送的虛擬參考站差分改正信息或者虛擬觀測值，進(jìn)行差分解算得到用戶厘米級的定位成果[2]。

2.網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)主要體現(xiàn)出以下優(yōu)點(diǎn)：

1）減少了初始化時(shí)間，增加了移動站與參考站之間的距離，擴(kuò)大了作業(yè)范圍。

2）采用連續(xù)基準(zhǔn)站，用戶隨時(shí)可以觀測，大大提高了工作效率。

3）網(wǎng)絡(luò)RTK的可用性高于常規(guī)RTK，且受電離層活動的影響較小。

4）利用多個(gè)參考站的數(shù)據(jù)，采用模型方法大大減弱了噪聲的影響，定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累。

2.2 網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的缺點(diǎn)

1）網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)受測區(qū)環(huán)境、地理位置的限制。

2）對數(shù)據(jù)的參數(shù)要求準(zhǔn)確度過于嚴(yán)格。

3）可靠度還不能達(dá)到100%。

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)盡管還存在一些缺陷，但相對于其強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢而言，仍然具有非常廣闊的應(yīng)用前景。通過多年工程實(shí)踐，采用合理的技術(shù)手段，完全可以削弱或彌補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的不足，從而使其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)得以進(jìn)一步的體現(xiàn)。

3.應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

本文以達(dá)州市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)地下管線測量工程為例，介紹網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在該工程地下管線點(diǎn)測量中的應(yīng)用及精度情況。該測區(qū)屬于開發(fā)區(qū)，地勢相對平緩，道路較寬敞，兩側(cè)高大建筑物較少，道路兩側(cè)邊線與建筑物之間是較寬闊的花圃樹木，對視空影響不大，除個(gè)別地方外對網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)無大的影響。該工程預(yù)計(jì)地下管線探測工作量200公里，但工期要求很緊，部分區(qū)域正在進(jìn)行道路施工和廠房建設(shè)，采用常規(guī)測量方法很難按時(shí)完成工程任務(wù)。為此，項(xiàng)目部決定在該工程中采用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)配合全站儀的測量方式進(jìn)行地下管線點(diǎn)測量，即對于視野開闊、建筑物稀少、網(wǎng)絡(luò)通訊條件良好的區(qū)域，采用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行管線點(diǎn)測量；對于個(gè)別植被較高、建筑物稠密等不宜采用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)采集的管線點(diǎn)，則采用全站儀極坐標(biāo)法進(jìn)行補(bǔ)測。

3.2 施測方法

采用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行地下管線點(diǎn)測量的方法如下：

1）儀器設(shè)置

首先打開中海達(dá)V30 GNSS接收機(jī)，鎖定觀測衛(wèi)星，打開手簿，通過藍(lán)牙建立手簿與接收機(jī)間的通訊。然后啟動測量軟件，建立新文件，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)RTK測量模式的參數(shù)，通過中國移動的GPRS方式撥號，連接到Interet網(wǎng)絡(luò)，使用網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)管理員提供的用戶名和密碼，通過Internet網(wǎng)絡(luò)連接到網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中心。最后連接數(shù)據(jù)中心，獲取源列表，待初始化完成、獲得固定解后，開始測量采集數(shù)據(jù)。

2）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)獲取

本工程中，收集到了足夠的三等及以上平面和高程控制點(diǎn)，經(jīng)踏勘和檢測滿足要求。使用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)采集6個(gè)已知控制點(diǎn)，平面和高程同時(shí)采集。采集完成后，利用手簿自帶的參數(shù)轉(zhuǎn)換功能，添加5個(gè)控制點(diǎn)點(diǎn)對，第6個(gè)已知點(diǎn)作為檢核點(diǎn)。5個(gè)點(diǎn)對添加完成后，設(shè)置好中央子午線、投影帶和坐標(biāo)系統(tǒng)，平面選擇四參數(shù)法，高程選擇平面擬合，點(diǎn)擊解算，手簿自動計(jì)算出轉(zhuǎn)換參數(shù)，并顯示坐標(biāo)轉(zhuǎn)換殘差，經(jīng)分析滿足要求后點(diǎn)擊應(yīng)用，在測量點(diǎn)庫中檢查第6個(gè)檢核點(diǎn)成果，經(jīng)核對滿足要求，參數(shù)可以使用。

3）管線點(diǎn)測量

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)檢查無誤后，開始進(jìn)行地下管線點(diǎn)測量。測量時(shí)，將對中桿立在管線點(diǎn)標(biāo)志上，待達(dá)到固定解且水平氣泡居中后，點(diǎn)擊手簿上的平滑，平滑前將觀測次數(shù)設(shè)置為10次，儀器自動計(jì)算10次的平均值作為該點(diǎn)觀測成果，設(shè)置點(diǎn)號和編碼，保存后完成一測回觀測。照此法進(jìn)行其他管線點(diǎn)的測量。

4）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

每天外業(yè)觀測任務(wù)結(jié)束后，及時(shí)將各類數(shù)據(jù)從手簿中傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，同時(shí)還應(yīng)做好備份確保數(shù)據(jù)安全。在計(jì)算機(jī)中對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、檢查，提交滿足要求的格式供后續(xù)工序使用。

5）成果質(zhì)量控制

為保證測繪成果精度，本工程在作業(yè)中采取了必要的質(zhì)量控制措施：接收機(jī)選用了固定誤差<10㎜、比例誤差系數(shù)<2㎜/㎞的中海達(dá)V30雙頻接收機(jī)，該機(jī)經(jīng)檢定合格并在有效期內(nèi)。參與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的已知點(diǎn)等級高、精度高且分布均勻，能有效控制測區(qū)范圍，另有未參與轉(zhuǎn)換的已知點(diǎn)作為檢核。為了提高觀測數(shù)據(jù)的可靠性，每次作業(yè)開始前，均進(jìn)行了至少一個(gè)同等級或高等級的已知點(diǎn)檢核，檢核較差符合要求[3]。管線點(diǎn)的施測均嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行作業(yè)，踐行了全過程的質(zhì)量管理措施，確保最終成果質(zhì)量。