淺析RTK技術(shù)及其在管線測(cè)量中的應(yīng)用

曾賽珍　郭建如

摘要：隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，RTK技術(shù)已廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代城市工程測(cè)量中。文章主要闡述了RTK技術(shù)的工作原理、優(yōu)越性及它在工程測(cè)量中的應(yīng)用，并以某管線測(cè)量項(xiàng)目為背景，詳細(xì)介紹了其作業(yè)流程以及RTK技術(shù)在其中的具體應(yīng)用方法。

關(guān)鍵字：RTK技術(shù)；管線測(cè)量；GPS

RTK是Real-time kinematic的縮寫，又可稱之為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法。傳統(tǒng)的測(cè)量方法是通過靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、快速靜態(tài)來完成該操作，它們都需要事后進(jìn)行精確解算才能得到厘米級(jí)的精度值，但RTK則是一種新的GPS測(cè)量方法，它能夠在野外及時(shí)獲取同等精確度的測(cè)量值。該項(xiàng)技術(shù)之所以能夠大大提高戶外作業(yè)效率，正是使用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的差分方法，這在GPS應(yīng)用史上具有里程碑的意義。PTK技術(shù)的及時(shí)出現(xiàn)，為工程放樣以及地形測(cè)圖等帶來了更加光明的未來。

1 RTK技術(shù)的工作原理

RTK定位系統(tǒng)由以下四部分組成。第一，參考站。RTK在工作時(shí)需要GPS的全程配合，各參考站的工作與常規(guī)RTK的參考站工作相當(dāng)，有GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)載波相位、偽距等，誤差改正參數(shù)有電離層折射、對(duì)流層折射、衛(wèi)星軌道誤差等。第二，控制中心?？刂浦行氖荝TK系統(tǒng)的核心和計(jì)算中心，它運(yùn)行RTK軟件，處理參考站的數(shù)據(jù)，并形成校正數(shù)據(jù)。第三，通信網(wǎng)絡(luò)。它包括參考站到控制中心部分和控制中心到移動(dòng)站用戶之間的通信網(wǎng)絡(luò)。通常采用Internet將參考站的記錄數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳給控制中心。通常RTK系統(tǒng)分單向和雙向兩種不同的工作方式。第一種，在單向方式下，通過控制中心到用戶間的通信網(wǎng)絡(luò)，用戶從控制中心獲取網(wǎng)絡(luò)校正數(shù)據(jù)；第二種，在雙向方式下，由通信網(wǎng)絡(luò)可知，用戶還需將自己的大概位置傳遞給控制中心記錄，控制中心針對(duì)用戶的不同的位置產(chǎn)生相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)校正數(shù)據(jù)，然后分別傳輸給用戶。第四，移動(dòng)站。移動(dòng)站將不同的單點(diǎn)定位確定的位置坐標(biāo)然后再傳送給控制中心，控制中心在移動(dòng)站的附近位置再增創(chuàng)一個(gè)新的VRS，通過這種誤差改正模型，繼而推算出VRS上不同誤差影響的改正數(shù)，最后，把結(jié)果發(fā)送給移動(dòng)站的用戶。移動(dòng)站用戶收到改正參數(shù)后，進(jìn)行改正再次進(jìn)行測(cè)量。

2 RTK技術(shù)的作業(yè)模式

第一，快速靜態(tài)。它的流動(dòng)接收機(jī)可以在未知點(diǎn)上保持靜止的狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，直到采集到的數(shù)據(jù)足以計(jì)算出來點(diǎn)位的三維坐標(biāo)，在通常情況下，它的定位精度可以達(dá)到1cm-2cm。第二，準(zhǔn)動(dòng)態(tài)。在完成剛開始的快速靜態(tài)初始化后，在每個(gè)未知點(diǎn)上，用戶需要在靜止?fàn)顟B(tài)下去觀測(cè)數(shù)歷元，和基準(zhǔn)站的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)放到—起，經(jīng)過特定的計(jì)算機(jī)軟件處理，就可以實(shí)時(shí)計(jì)算出所需要檢測(cè)的點(diǎn)的平面坐標(biāo)。它的精度也在厘米級(jí)。第三，動(dòng)態(tài)。在這種模式下，在某一高級(jí)控制點(diǎn)架設(shè)好基準(zhǔn)站，與此同時(shí)，在流動(dòng)站內(nèi)設(shè)定出一系列預(yù)定的采樣間隔后，流動(dòng)站根據(jù)這些已定的間隔，去自動(dòng)的進(jìn)行采樣。它的采樣結(jié)果連同基準(zhǔn)站檢測(cè)出的觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以一起實(shí)時(shí)確定各采樣點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)。其定位精度也是保持在厘米級(jí)內(nèi)。

3 RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

RTK技術(shù)與以往的傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)不同，它徹底改變了傳統(tǒng)的測(cè)量作業(yè)方式，與常規(guī)測(cè)量作業(yè)方式相比，RTK技術(shù)主要體現(xiàn)出以下優(yōu)勢(shì)。第一，它有效地縮短了初始化時(shí)間，自動(dòng)化程度高，集成化程度同樣也不可忽視。正是由于這種特性，他幾乎不需要人工干預(yù)，即可自行實(shí)現(xiàn)多種模式的測(cè)繪功能，在此操作中減少了人工干預(yù)部分，因此降低了人為誤差，大大提高了作業(yè)精度，并且為工作人員減少不必要的重復(fù)工作，提高了測(cè)繪效率。第二，RTK技術(shù)拓寬了有效工作的范圍，降低了作業(yè)條件要求。與傳統(tǒng)的測(cè)量方式相比，RTK技術(shù)不需要兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通規(guī)，因此它受惡劣天氣、能見度、霧霾以及季節(jié)等不良因素的影響甚小。在以前，當(dāng)遇到復(fù)雜地形地貌、物體障礙等難以通視的極端地區(qū)，我們通常束手無策，而如今，只要滿足RTK技術(shù)搭建的基本工作條件，就可以高效的完成以前難以想象的定位作業(yè)，并且能夠保證高精度，這實(shí)屬不易。第三，RTK技術(shù)采用了連續(xù)基站的策略，它便于用戶隨時(shí)觀測(cè)，這也大大提高了工作效率。第四，擁有完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，能提供數(shù)據(jù)完整性的監(jiān)控。并且定位精度極高，并沒有誤差積累的現(xiàn)象存在。和之前的全站儀等機(jī)器相比，PTK不需要多次的搬站，因此不存在誤差的積累，它在確定的作業(yè)半徑的范圍之內(nèi)，精度高達(dá)厘米級(jí)。第六，操作簡(jiǎn)便易學(xué)并且使用已經(jīng)建立的通訊。RTK不需要任何無關(guān)緊要的設(shè)置，它可以邊走邊獲取所需的測(cè)量結(jié)果坐標(biāo)。效率高到令人驚嘆。與此同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)的數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、處理等能力極強(qiáng)。

4利用RTK技術(shù)進(jìn)行管線測(cè)量

RTK技術(shù)在管線工程測(cè)量的應(yīng)用當(dāng)中，它必須要制定一套完整的作業(yè)流程。具體流程如下：第一，布設(shè)所需的基準(zhǔn)站?；鶞?zhǔn)站的布設(shè)在原則上，應(yīng)該靠近所要測(cè)量的線路中線，這樣的話有利于RTK作業(yè)的順利進(jìn)行，點(diǎn)位布設(shè)方面要遵守堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定的原則，這樣布設(shè)的話，有利于長(zhǎng)期保存，另外，在視野上應(yīng)該開闊，附近不要出現(xiàn)具有強(qiáng)烈干擾接收衛(wèi)星信號(hào)的不明物體。各個(gè)基準(zhǔn)站之間的間距，在原則上應(yīng)該根據(jù)GPS電臺(tái)的功率和覆蓋能力來決定，它們都盡量的布設(shè)在相對(duì)較高的地理位置，以獲得最大的數(shù)據(jù)有效半徑。提高作業(yè)效率。第二，我們根據(jù)實(shí)際情況，把基準(zhǔn)站以及流動(dòng)站內(nèi)所要用到的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)置與記錄。第一步就是給該控制器起一個(gè)具體的名稱，并且把所需的橢球參數(shù)和相關(guān)的投影參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

在此項(xiàng)工程進(jìn)行實(shí)施之前，參數(shù)的準(zhǔn)確值也是我們必須要了然于心的，只有具備了以上這些，我們才能進(jìn)行下一步的操作。與此同時(shí)，在器材選擇方面也應(yīng)該保持統(tǒng)一，比如說電臺(tái)的名稱以及電臺(tái)的通訊頻率等。在這之后，當(dāng)流動(dòng)站以接收到電臺(tái)信號(hào)為標(biāo)志，它的初始化獲得成功。因此，在RTK技術(shù)的應(yīng)用過程中我們保證該流動(dòng)站在基準(zhǔn)站電臺(tái)部分的信號(hào)覆蓋區(qū)域，然后才可放心的進(jìn)行進(jìn)一步操作。第三，這是最為重要的細(xì)部測(cè)量。該測(cè)量的操作步驟可以簡(jiǎn)單易懂的理解為：第一步，在所需研究的地形圖上，標(biāo)記出需要管線的每個(gè)轉(zhuǎn)角，接著把它們的具體坐標(biāo)位置給標(biāo)記出來，完成上述部分后，最終把這些坐標(biāo)錄入到控制器當(dāng)中做記錄。下一步則是進(jìn)入GPS接收機(jī)，打開RTK與之對(duì)應(yīng)的作業(yè)模式，把樣點(diǎn)給一一對(duì)應(yīng)輸入進(jìn)去。與此同時(shí)，我們也需要記錄測(cè)量出他們沿途的顯眼標(biāo)志物，并把測(cè)量結(jié)果按照同樣的比例尺記錄到當(dāng)中。第四步尤為重要，它需要完成數(shù)據(jù)的傳輸，并且修改相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式。當(dāng)工作人員在野外采集這些數(shù)據(jù)時(shí)，他們是記錄在隨身攜帶的控制器里的，他們使控制器自始至終保持著相關(guān)記錄數(shù)據(jù)的傳輸。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)的相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)把這些數(shù)據(jù)下同步下載，此時(shí)就可以順利地對(duì)野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯了。但是，值得注意的是，我們必須人工的將數(shù)據(jù)按照文本格式去進(jìn)行輸出操作。再通過進(jìn)一步的處理，才能使它能被相應(yīng)的繪圖軟件所調(diào)用。第五，點(diǎn)的編碼。野外采集所得到的所有數(shù)據(jù)都會(huì)被記錄在計(jì)算機(jī)的同一個(gè)文件內(nèi)，而野外采集的不同屬性的數(shù)據(jù)，它們?cè)谟?jì)算時(shí)需要進(jìn)行不同的處理。因此，當(dāng)在數(shù)據(jù)采集之前，建立一套編碼系統(tǒng)非常有必要，對(duì)于編碼的要求不乏就是簡(jiǎn)單、力便，并且要易于保存和識(shí)別。第六，數(shù)據(jù)處理。通過前面的一系列過程，在數(shù)據(jù)采集結(jié)束之后，采集的數(shù)據(jù)將經(jīng)過片爾曼濾法進(jìn)行統(tǒng)一的處理，經(jīng)過最后這道工序，數(shù)據(jù)最終得以使用。

結(jié)語(yǔ)：RTK技術(shù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)平面和高程測(cè)量達(dá)到厘米級(jí)的精度。而所測(cè)得的數(shù)據(jù)，是由控制器直接傳入到了計(jì)算機(jī)內(nèi)，再通過計(jì)算機(jī)繪制成具體的圖，期間沒有可以造成精度損失的操作，這和傳統(tǒng)的方法相比，大大的減少了人為因素的干擾，它不僅獲得了我們期望已久的高精度，同時(shí)也降低了測(cè)圖的差錯(cuò)率。