摘 要:傳統(tǒng)的高速公路施工測量放樣工作非常辛苦,而且繁瑣,存在著復(fù)測時間長、工作效率低等諸多問題。RTK的廣泛應(yīng)用最大限度地減輕了測量人員的勞動強(qiáng)度,提高工作效率和放樣精度。將GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)結(jié)合起來,形成了RTK技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)在很大程度上提升了GPS測量精度。
關(guān)鍵詞:GPS RTK;高速公路;應(yīng)用
1 RTK技術(shù)概述
RTK除了作靜態(tài)布設(shè)控制網(wǎng)外,還可作實(shí)時動態(tài)監(jiān)測?;谳d波相位觀測,RTK測量技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時差分GPS測量。主體思路為:將1臺GPS安裝在基準(zhǔn)站上,做為接收機(jī),持續(xù)監(jiān)測可視范圍內(nèi)的GPS衛(wèi)星,同時借助無線電傳送設(shè)施,及時把觀測信息傳送至用戶監(jiān)測站。在用戶監(jiān)測站,GPS接收機(jī)一邊接收GPS衛(wèi)星信號,一邊接收觀測數(shù)據(jù),其是由基準(zhǔn)站傳送,這一過程需要用到無線電設(shè)施。之后,參照相對定位原理,實(shí)時對整周模糊度進(jìn)行解算,求出未知數(shù),同時對顯示用戶站的空間坐標(biāo)以及相關(guān)準(zhǔn)確度進(jìn)行運(yùn)算。經(jīng)過實(shí)時運(yùn)算,獲得定位結(jié)果,由此可以評估監(jiān)測基準(zhǔn)站以及用戶站的觀測成果的質(zhì)量,以及判斷解算結(jié)果的收斂狀況,對解算結(jié)果的正確性進(jìn)行實(shí)時判斷,進(jìn)而避免發(fā)生冗余觀測量,減少觀測用時。
構(gòu)成RTK測量系統(tǒng)的主體有:GPS接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)以及軟件部分。其中,發(fā)射電臺(位于基準(zhǔn)站)、接收電臺(位于流動站)構(gòu)成了數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng),這一系統(tǒng)在確保動態(tài)測量的實(shí)時上起著主要作用。軟件部分的作用為:對流動站的空間坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時解算。在傳承GPS測量技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上,RTK測量技術(shù)還兼具觀測花費(fèi)時間少、實(shí)時解算等優(yōu)勢。所以,對于生產(chǎn)效率的提高有很大好處。如果應(yīng)用快速靜態(tài)測量途徑,在15千米區(qū)間里,實(shí)時動態(tài)定位的準(zhǔn)確度能夠達(dá)到1至2厘米,在高速公路施工中,針對放樣測量工作有很好的適用性。
2 RTK技術(shù)基本原理
目前,RTK技術(shù)的全稱是:實(shí)時動態(tài)載波相位分技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)的定位已經(jīng)達(dá)到了厘米級的精確度,在常見的工程測量中,能夠充分滿足其精度需求。
RTK技術(shù)集成了多項(xiàng)技術(shù)成果,如大地測量技術(shù)、空間技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)、無線電通信技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù),能夠廣泛應(yīng)用在諸多領(lǐng)域。RTK的三大構(gòu)成主體有:基準(zhǔn)站、諸多流動站以及通訊系統(tǒng)。構(gòu)成基準(zhǔn)站的設(shè)備有:GPS接收機(jī)以及天線、無線電通信發(fā)射機(jī)、電源、基準(zhǔn)站控制儀等。組成流動站的主要設(shè)備有:GPS天線以及接收機(jī)、手簿等。
在測量過程中,全部衛(wèi)星信息傳送到基準(zhǔn)站,后者隨即將其連同自身信息傳送至移動站??梢姡總€移動站接受的信息來自兩方:衛(wèi)星信息、基準(zhǔn)站信息。當(dāng)移動站進(jìn)行初始化之后,基準(zhǔn)站信息便可以被控制器接收,后者會將移動站的空間坐標(biāo)顯示出來。RTK系統(tǒng)能夠高速、精確解算整周模糊度的原因主要為:該系統(tǒng)的算法非??焖佟_@些高速算法,包含函數(shù)法、最小二搜索法、組合波搜索法以及高速分解法等。RTK技術(shù)的優(yōu)勢主要建立在快速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)基礎(chǔ)上。
RTK的基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS-84系統(tǒng)。后者將前者所有的觀測值與解算結(jié)果都包含在內(nèi)?,F(xiàn)今,我國應(yīng)用的坐標(biāo)系為1980國家大地坐標(biāo)系。以往為一些區(qū)域性坐標(biāo)系統(tǒng),如1954坐標(biāo)系、各類工程坐標(biāo)系、城市坐標(biāo)系等。所以,在實(shí)際應(yīng)用中,需要把RTK基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)(WGS-84系統(tǒng))轉(zhuǎn)換成地方坐標(biāo)系統(tǒng),因此,一定要掌握兩者間的轉(zhuǎn)換系數(shù)(平移因子、尺度因子以及旋轉(zhuǎn)因子)。
3 RTK技術(shù)在高速公路中的應(yīng)用
3.1 構(gòu)建高速公路控制系統(tǒng)
在高速公路施工中,測量任務(wù)主要有定線、平斷面測量、定位測量三大任務(wù)。要圓滿完成這三大任務(wù)就必須建立一個高精度的、布局合理的整體控制系統(tǒng),其優(yōu)劣將直接影響GPSRTK技術(shù)的效果??刂葡到y(tǒng)的構(gòu)建可采用GPS作靜態(tài)測量構(gòu)建時應(yīng)精心選擇原有(提供)的控制點(diǎn)并將加密的控制點(diǎn)納入同一坐標(biāo)系統(tǒng)中去(即建立了本段高速的控制網(wǎng))。
本段高速公路控制系統(tǒng)中各控制點(diǎn)的作用之一是為了設(shè)置GPSRTK基準(zhǔn)站,因此要求新設(shè)控制點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在地勢較高、視野開闊,控制點(diǎn)的周圍不得有高度角度超過10度的障礙物,在控制點(diǎn)100米范圍內(nèi)不能有強(qiáng)電磁干擾(無線電臺、高壓線、微波等),及不能有導(dǎo)致多路經(jīng)效應(yīng)的GPS信號反射體(比如大機(jī)積水域、高大建筑物等)。
3.2 坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)和確定
將基準(zhǔn)站安置在符合要求的新設(shè)控制點(diǎn)或舊有控制點(diǎn)上獲其WGS-84坐標(biāo)將移動站安置在基準(zhǔn)站控制范圍盡可能遠(yuǎn)的另一符合要求的新設(shè)控制點(diǎn)或舊有控制點(diǎn)上,可解算出四參數(shù)或七參數(shù)須架設(shè)倆個點(diǎn),適合本段高速公路的施工測量任務(wù)。
3.3 RTK在高速公路上的施工放樣
將基準(zhǔn)站架設(shè)在已知控制點(diǎn)上,或隨意架設(shè)在一個符合條件的控制點(diǎn),打開工程之星軟件,建立新文件,輸入已獲得四參數(shù)或七參數(shù),根據(jù)工程的需要,將移動站設(shè)置在工作點(diǎn)(比如線路中樁,平斷面點(diǎn),待放樣點(diǎn)等)上。根據(jù)工程的需要,可同時使用多個移動站?;鶞?zhǔn)站與移動站的距離一般不超過15km。放樣時,要等到出現(xiàn)固定解,這樣才能滿足工程的精度。
4 RTK坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換
(1)當(dāng)基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS-84系統(tǒng)時,移動站也要應(yīng)用此坐標(biāo)系統(tǒng),那么就無需轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系統(tǒng)。
(2)當(dāng)基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng),而移動站應(yīng)用的為地方坐標(biāo)系統(tǒng),那么需要用到兩者的轉(zhuǎn)換系數(shù),將之輸入到基準(zhǔn)站上。
(3)當(dāng)基準(zhǔn)站應(yīng)用的坐標(biāo)系統(tǒng)是地方坐標(biāo)系統(tǒng),而移動站為
WGS-84系統(tǒng)時,那么需要將地方坐標(biāo)系統(tǒng)、兩個坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換系數(shù)輸入到基準(zhǔn)站,同時將WGS-84系統(tǒng)應(yīng)用在移動站。
(4)如果基準(zhǔn)站應(yīng)用的地方坐標(biāo)系統(tǒng),而移動站也為地方坐標(biāo)系統(tǒng),那么將地方坐標(biāo)系統(tǒng)輸入至基準(zhǔn)站,同時將基準(zhǔn)站輸入為地方坐標(biāo)系統(tǒng)與WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。
5 RTK作業(yè)的影響因素
一些因素會制約RTK的作業(yè),因此需要避免。GPS綜合系統(tǒng)的局限性導(dǎo)致了這些不利影響因素的發(fā)生。例如,當(dāng)處于樹林茂密的地區(qū)時,GPS接受信號的能力很差,GPS要實(shí)現(xiàn)精確可靠的定位必需有5顆適當(dāng)分布的衛(wèi)星。此外,RTK傳輸數(shù)據(jù)鏈也會導(dǎo)致自身不利因素的發(fā)生。RTK數(shù)據(jù)鏈工作時,其周邊電磁環(huán)境、作用范圍都會在很大程度上影響其工作效率。
6 利用TOPCON(GPT-7001)全站儀進(jìn)行檢查
在泉州南惠高速公路NHA1合同段中,利用南方S-82靜態(tài)布設(shè)和復(fù)測控制點(diǎn),實(shí)時動態(tài)放樣線路中樁和定線。斷面測量的成果進(jìn)行復(fù)核,其精度完成符合設(shè)計要求,RTK靜態(tài)測量點(diǎn)位和高程的精度在1厘米和2厘米以內(nèi)。
7 結(jié)束語
在控制測量,以及高速公路施工的放樣環(huán)節(jié),RTK有著很好的適用性。與以往的測量儀器相比,其在測量上表現(xiàn)出諸多優(yōu)點(diǎn),如用時短、耗費(fèi)人工少、精度高等。但是在一些方面,還需要逐步完善這項(xiàng)技術(shù)。在開展測量工作中,應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注基準(zhǔn)站的選址,應(yīng)盡量選擇中心點(diǎn)、制高點(diǎn)、空曠區(qū)域,同時周邊沒有磁場作用,從而保證移動站接收信息的質(zhì)量。另外,要整體平差觀測成果以及首級控制成果,通過這一動態(tài)觀測平差過程,能夠獲得較高的精確度。
作者簡介:楊建忠(1971-),男,福建莆田人,中交第三航務(wù)工程局廈門分公司,大專學(xué)歷,研究方向,工程測量。